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Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Außengehäuse, einem Innengehäuse, welches im Außengehäuse angeordnet ist, einem Kühlmittelmantel zwischen Innengehäuse und Außengehäuse, einem Kanal, durch welchen ein zu kühlendes Medium strömt, einem Einlass, über den das zu kühlende Medium in den Kanal strömt und einem Auslass, über den das zu kühlende Medium den Kanal verlässt, wobei der Kanal einen ersten Kanalabschnitt aufweist, der vom Einlass in das Innengehäuse führt und einen zweiten Kanalabschnitt aufweist, der aus dem Innengehäuse zum Auslass führt, wobei Einlass und Auslass nebeneinander angeordnet sind sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung, bei dem das Innengehäuse im Druckgussverfahren hergestellt wird.
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Derartige Wärmeübertragungsvorrichtungen werden beispielsweise als Abgaskühler in Kraftfahrzeugen verwendet. Das Kühlmittel ist dabei üblicherweise das Kühlmittel des Motors und umströmt den Inneren im Innengehäuse gebildeten Kanal, in dem das zu kühlende Medium, insbesondere das Abgas strömt. Derartige Wärmeübertragungsvorrichtungen werden auf unterschiedliche Weise hergestellt. Als vorteilhaft hat sich die Herstellung mittels Leichtmetalldruckguss herausgestellt. Mit diesen Wärmetauschern wird ein guter Wirkungsgrad bei geringen Herstellkosten erreicht.
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Die bekannten Wärmeübertragungsvorrichtungen werden entweder als geradlinig durchströmte I-Kühler oder als gegensinnig durchströmte U-Kühler ausgeführt, bei denen das Innengehäuse von einer offenen Seite in das Außengehäuse geschoben wird.
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Bei Wärmeübertragungsvorrichtungen mit nebeneinander angeordnetem Ein- und Auslass also gegensinnig durchströmten Kühlern, ist es notwendig, diese mehrteilig herzustellen und anschließend die einzelnen Teile beispielsweise durch Rührreibschweißen miteinander zu verbinden.
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Ein derartiger Wärmetauscher wird in der
DE 10 2005 006 055 A1 beschrieben. Das Innengehäuse dieses Wärmetauschers weist zwei taschenförmige, parallel zueinander angeordnete Ausformungen auf, die als Kanal für das zu kühlende Medium dienen. Um dieses Gehäuse im Druckgussverfahren herstellen zu können, muss in das Innengehäuse nachträglich eine Trennwand eingesetzt werden. Entsprechend besteht der im Innengehäuse gebildete Kanal aus einem ersten Abschnitt, der vom Einlass in das Innere des Innengehäuses führt, einem Umkehrabschnitt, in dem der Richtungswechsel des zu kühlenden Mediums vorgenommen wird, und der hinter dem Ende der Trennwand angeordnet ist sowie einem weiteren Abschnitt, in dem das zu kühlende Medium in Richtung des Auslasses strömt.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2005 058 204 B4 eine Wärmeübertragungsvorrichtung bekannt, bei der die Trennwand mit dem Innengehäuse in einem Verfahrensschritt hergestellt wird, jedoch muss in diesem Fall ein zusätzliches Deckelteil mit dem Grundgehäuseteil des Innengehäuses verbunden werden, so dass wiederum ein zweistückiges Innengehäuse entsteht.
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Die bekannten Wärmeübertragungsvorrichtungen mit gegensinniger Durchströmung weisen mehrere Gehäuseteile auf, die miteinander verbunden werden müssen, was üblicherweise durch Schweißen erfolgt. Dies erhöht den Herstellungsaufwand und verringert gegebenenfalls die Festigkeit bei hoher thermischer Belastung und daraus entstehenden thermischen Spannungen.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Wärmeübertragungsvorrichtung bereit zu stellen, deren Innengehäuse einstückig im Druckgussverfahren herstellbar ist, so dass die Festigkeit durch Wegfall von Schweißnähten erhöht wird. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Wärmeübertragungsvorrichtung aufgezeigt werden, wobei ein guter Kühlwirkungsgrad erhalten bleiben soll.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wärmübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 5 gelöst.
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Dadurch, dass der erste Kanalabschnitt unmittelbar in den zweiten Kanalabschnitt mündet und der erste Kanalabschnitt und der zweite Kanalabschnitt über ihre gesamte Länge in einem festen Winkel zueinander angeordnet sind, ist es möglich das Innengehäuse der Wärmeübertragungsvorrichtung einstückig im Druckgussverfahren herzustellen, so dass auf die Festigkeit reduzierende Schweißnähte verzichtet werden kann. Dies erfolgt, indem beim Druckgießen zwei in einem festen Winkel zueinander angeordnete Schieber im Innengehäuse angeordnet sind, wobei der erste Schieber zur Entformung des ersten Kanalabschnitts aus dem Einlass herausgezogen wird und der zweite Schieber zur Entformung des zweiten Kanalabschnitts aus dem Auslass herausgezogen wird. Diese Schieber werden somit in einem festen Winkel zueinander aus dem Gehäuse herausgezogen. So entstehen die beiden fest zueinander angeordneten Kanäle. Ein Umkehrabschnitt hinter dem Ende einer Trennwand existiert nicht mehr.
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Vorzugsweise sind im Innengehäuse Rippen angeordnet, die von einer Wand des Innengehäuses in den Kanal ragen und sich geradlinig vom Einlass zum Ende des ersten Kanalabschnitts und vom Anfang des zweiten Kanalabschnitts zum Auslass erstrecken. Diese Anordnung sichert einen guten Kühlwirkungsgrad trotz der einstückigen Herstellung.
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In einer hierzu weiterführenden Ausführung liegen die Enden der Rippen des ersten Kanalabschnitts gegen die Rippen des zweiten Kanalabschnitts zwischen den beiden Kanalabschnitten gegeneinander an. Somit werden im Innengehäuse durchgehende Kühlkanäle gebildet, wodurch der Druckverlust im Kühler gering gehalten wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstrecken sich die Rippen von einer Wand des Innengehäuses zur gegenüberliegenden Wand und sind mit den beiden gegenüberliegenden Wänden fest verbunden. Hierdurch erfolgt ein Wärmeübergang vom Kühlmittelmantel in die Rippen von beiden Anbindungsseiten der Rippen an den Wänden. Dies verringert das insgesamt vorhandene Temperaturgefälle im Vergleich zu einer einseitig angebundenen Rippe und erhöht entsprechend den Wirkungsgrad der Wärmeübertragungsvorrichtung.
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In einer weiteren Ausgestaltung erstrecken sich in den Rippen Nuten von den Außenseiten der Wände des Innengehäuses in Richtung des vom zu kühlenden Medium durchströmten Kanals. Hierdurch wird das Kühlmittel weiter ins Innere des Kanals geführt, wodurch der Kühlwirkungsgrad zusätzlich erhöht wird.
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In einer Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Innengehäuse von einer offenen Seite in das Außengehäuse eingeschoben, wobei eine Rückseite eines Flansches des Innengehäuses unter Zwischenlage einer Dichtung gegen eine Vorderseite eines Flansches des Außengehäuses geschoben wird und anschließend die beiden Flansche miteinander verbunden werden. So erfolgt auf einfache Weise der Zusammenbau des Außengehäuses mit dem Innengehäuse. Gleichzeitig entsteht ein dichter Verschluss des Kühlmittelmantels nach außen und gegenüber dem das zu kühlende Medium führenden Kanal. Die Befestigung kann beispielsweise durch Schrauben erfolgen.
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Es wird somit eine Wärmeübertragungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wärmeübertragungsvorrichtung geschaffen, mit denen eine einstückige Herstellung des Innengehäuses ermöglicht wird. Dies führt zu einer erhöhten Festigkeit des druckbelasteten Innengehäuses, da vollständig auf Schweißnähte verzichtet werden kann. Gleichzeitig ist die Montage einfach und kostengünstig durchführbar und ein guter Kühlwirkungsgrad der Vorrichtung wird erreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsvorrichtung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird mit dem zur Herstellung verwendeten Verfahren nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Wärmeübertragungseinrichtung in geschnittener Darstellung.
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2 zeigt eine Kopfansicht der Wärmeübertragungsvorrichtung aus 1.
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3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Wärmeübertragungsvorrichtung aus 1.
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4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Wärmeübertragungsvorrichtung aus 1.
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Die in den Figuren dargestellte Wärmeübertragungsvorrichtung weist ein Innengehäuse 2 auf, welches in einem Außengehäuse 4 angeordnet ist. Das Innengehäuse 2 weist einen Flansch 6 auf, welcher in der montierten Position mit seiner Rückseite gegen eine Frontseite eines Flansches 8 des Außengehäuses 4 unter Zwischenlage einer Dichtung 10 anliegt. Im Übrigen ist das Innengehäuse 2 im Wesentlichen beabstandet vom Außengehäuse 4 angeordnet, so dass im Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse 2 und dem Außengehäuse 4 ein Kühlmittelmantel 12 entsteht, durch den Kühlmittel aus einer Verbrennungskraftmaschine strömen kann. Hierzu sind ein nicht dargestellter Eintrittsstutzen und ein nicht dargestellter Austrittsstutzen in bekannter Weise am Außengehäuse 4 ausgebildet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Außengehäuse 4 im Wesentlichen U-förmig mit einer offenen Seite 14 ausgeführt, an der der Flansch 8 ausgebildet ist. Geschlossen wird diese offene Seite 14 des Außengehäuses 4 durch das Innengehäuse 2, welches wiederum in seiner eingebauten Position an der offenen Seite 14 einen Einlass 16 und einen Auslass 18 aufweist. Der Einlass 16 ist mit dem Auslass 18 über einen Kanal 20 fluidisch verbunden, der von einem zu kühlenden Medium durchströmbar ist.
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Dieser Kanal 20 im Inneren des Innengehäuses 2 verläuft V-förmig. Entsprechend besteht er aus einem ersten Kanalabschnitt 22 der vom Einlass 16 in das Innere des Innengehäuses 2 bis zu einem Umkehrpunkt 24 führt und einem zweiten Kanalabschnitt 26, der vom Umkehrpunkt 24 zum Auslass 18 führt und somit im Vergleich zum ersten Kanalabschnitt 22 gegensinnig durchströmt wird. Die beiden Kanalabschnitte 22, 26 stehen erfindungsgemäß in einem üblicherweise spitzen Winkel α zueinander. Getrennt sind die beiden Kanalabschnitte 22, 26 durch eine dreieckförmige Trennwand 28.
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Im Kanal 20 sind des Weiteren Rippen 30 angeordnet, die sich im Querschnitt des Kanals 20 von einer Wand 32 zu einer gegenüberliegenden Wand 34 erstrecken und eine Verbindung zu beiden Wänden 32, 34 aufweisen. Entlang des Kanals 20 erstrecken sich die Rippen 30 vom Einlass 16 über den Umkehrpunkt 24 zum Auslass 18, so dass der Kanal 20 in mehrere nebeneinander angeordnete Kanäle unterteilt wird, welche jeweils V-förmig durchströmt werden.
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Die Rippen 30 weisen jeweils mit wachsendem Abstand vom Einlass 16 beziehungsweise vom Auslass 16 einen wachsenden Querschnitt auf. Wie in den 3 und 4 zu erkennen ist, erstrecken sich von den Außenseiten der Wände 32, 34 des Innengehäuses 2 Nuten 36 in die Rippen 30. Diese verlaufen in Erstreckungsrichtung des Kanals 20 und sind von Kühlmittel durchströmt. Die Tiefe der Nuten 36 in die Rippen 30 wächst dabei mit dem Querschnitt der Rippen 30 beziehungsweise mit dem Abstand vom Einlass 16 beziehungsweise Auslass 18, wodurch ein gleichmäßiger Wärmeübergang über die gesamte Lauflänge der Rippen auch bei wachsendem Rippenquerschnitt sichergestellt wird.
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Diese Wärmeübertragungsvorrichtung wird hergestellt, indem das Außengehäuse und das Innengehäuse zunächst einzeln im Druckgussverfahren hergestellt werden. Während das Außengehäuse 4 im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine unveränderte Form aufweist und durch ein bekanntes Druckgussverfahren mit zwei Formhälften und einem Schieber hergestellt werden kann, der zur offenen Seite 14 entformt wird, wird das Innengehäuse 2 erfindungsgemäß mittels zweier Formhälften sowie zweier Schieber hergestellt, welche in Richtung zum Einlass 16 beziehungsweise zum Auslass 18 entformt werden. Die beiden Schieber sind dabei im Wesentlichen kammförmig ausgebildet und bilden jeweils die Kanalabschnitte 22, 26 bis zum Umkehrpunkt 24, so dass die beiden Schieber beim Guss entlang einer mittleren Symmetrielinie gegeneinander anliegen. Die sich bildenden Rippen 30 des ersten Kanalabschnitts 22 liegen mit ihren Enden 38 entsprechend gegen die Rippen 30 des zweiten Kanalabschnitts an. Aufgrund dieser Anordnung weisen die Rippen 30 einen Querschnitt auf, der vom Einlass beziehungsweise Auslass in Richtung des Gehäuseinneren wächst, wodurch eine gute Entformbarkeit erreicht wird. Die Nuten 36 sind in den Formhälften ausgebildet.
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Im Folgenden wird nach dem Gießen das Innengehäuse 2 von der offenen Seite 14 in das Außengehäuse 4 eingeschoben bis die Rückseite des Flansches 6 des Innengehäuses 2 gegen eine Vorderseite des Flansches 8 des Außengehäuses 4 anliegt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 2, 4 befindet sich dabei die Dichtung 10, welche beispielsweise in einer Nut an einem der Flansche 6, 8 der beiden Gehäuseteile 2, 4 angeordnet sein kann oder als Metall-Sickendichtung 10 zwischen die beiden Flansche 6, 8 gelegt werden kann. Anschließend werden die beiden Gehäuse 2, 4 beispielsweise über eine Schraubverbindung der Flansche 6, 8 miteinander verbunden.
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Es sollte deutlich sein, dass eine derartig hergestellte Wärmeübertragungsvorrichtung sehr einfach zu montieren ist und aufgrund der geringen Einzelteile eine hohe Festigkeit aufweist. Insbesondere die Einstückigkeit des druckbelasteten Innengehäuses wirkt deutlich festigend. Zusätzlich sind Maßnahmen zur Steigerung des Wirkungsgrades vorhanden, da das Kühlmittel nah an den vom zu kühlenden Medium durchströmten Kanal gebracht wird.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. So kann beispielsweise die Form des Außengehäuses an das Innengehäuse angepasst werden. Auch muss die Trennwand nicht in massiver Form ausgeführt werden. Das Außengehäuse kann auch aus einem anderen Material, wie beispielsweise Kunststoff hergestellt werden oder die Verbindung der beiden Gehäuseteile kann in anderer Form vollzogen werden. Weitere konstruktive oder verfahrenstechnische Änderungen, beispielsweise die Nutzung anderer Gießverfahren, sind ebenfalls denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005006055 A1 [0005]
- DE 102005058204 B4 [0006]
