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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskühler mit wenigstens zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Platten, zwischen denen das zu kühlende Abgas strömt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Platte für einen derartigen Abgaskühler.
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Aus der
JP 58158494 A ist ein Wärmetauscher mit wenigstens zwei im Wesentlichen parallelen Platten bekannt, zwischen denen Luft strömt. Senkrecht durch die Platten verlaufen Kühlkanäle, durch welche Kühlmittel strömt. Durch die unterschiedlichen Temperaturen des Kühlmittels und der Luft erfolgt ein Wärmetausch. Eine der Platten weist dabei quer zur Strömungsrichtung der Luft verlaufende Sicken auf.
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Gattungsgemäße Abgaskühler sind hinlänglich bekannt und werden oftmals als Abgaskühler eingesetzt. Hierbei müssen sie aufgrund der hohen Temperaturdifferenzen zwischen Kühlmittel einerseits und zu kühlendem Abgas andererseits vergleichsweise kurz gebaut werden bzw. aus kurz bauenden Modulen zusammengesetzt werden. Eine längere Bauweise mit höherer Kühlwirkung würde die bisher in den bekannten Abgaskühlern eingesetzten Platten an ihre Belastungsgrenzen führen, wodurch eine langfristig einwandfreie Funktion nicht gewährleistet werden könnte.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Abgaskühler der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein erhöhtes Temperaturkompensationsvermögen auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an einzelnen Platten eines Abgaskühlers Dehnsicken zur Spannungskompensation vorzusehen und die jeweilige Platte im Bereich der Dehnsicke mit einer im Hinblick auf die übrige Platte reduzierten Materialstärke auszubilden und/oder die Dehnsicke zur Spannungskompensation mit zumindest einem Schlitz zu versehen. Der erfindungsgemäße Abgaskühler weist dabei zumindest zwei derartige Platten auf, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen das zu kühlende Abgas strömt. Im Wesentlichen senkrecht durch die Platten hindurch verlaufen Kühlkanäle, durch welche Kühlmittel strömt und dadurch die Platten kühlt. Ein Wärmetausch findet somit zwischen dem Abgas und den Platten bzw. den Kühlkanälen statt. Mit der erfindungsgemäß im Bereich zumindest einer Dehnsicke vorgesehenen Materialschwächung bzw. dem Schlitz ist es möglich, höhere Temperaturdehnungen besser zu kompensieren, ohne dass hierbei Spannungen auftreten, die die Platte und damit den Abgaskühler an ihre/seine Belastungsgrenze führen würden. Durch die Dehnsicken mit reduziertem Querschnitt kann jedoch nicht nur ein erhöhtes Dehnungsvermögen erzielt werden, sondern zusätzlich auch eine Gewichtsersparnis, was insbesondere im Fahrzeugbau von großem Vorteil ist. Das Herstellen einer derartigen Dehnsicke mit Materialschwächung bzw. Schlitz ist durch ein entsprechendes Umformwerkzeug/Stanzwerkzeug einfach und kostengünstig möglich. Mit der erfindungsgemäß hergestellten Platte ist darüber hinaus das Herstellen eines Abgaskühlers möglich, dessen Länge deutlich über die bisherige Länge bekannter Abgaskühler hinausgeht, wodurch der Abgaskühler nicht nur kostengünstiger ausgebildet werden kann, sondern auch effektiver arbeitet.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der im Bereich der Dehnsicke vorgesehene Schlitz parallel zu dieser angeordnet. Mit dem erfindungsgemäß im Bereich zumindest einer Dehnsicke angeordneten Schlitz ist es möglich, höhere Temperaturdehnungen besser zu kompensieren, da die Schlitze ebenfalls eine Querschnittsschwächung darstellen. Das Herstellen eines derartigen Schlitzes ist durch ein Stanzwerkzeug einfach und kostengünstig möglich, wobei derartige Schlitze zusätzlich den großen Vorteil aufweisen, dass sie eine Verbindung zwischen zwei durch die jeweilige Platte getrennte Abgasebenen ermöglichen und dadurch eine Durchmischung und einen besseren Wärmetausch des Abgases bewirken.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Schlitz im Bereich eines Dehnsickenberges oder eines Dehnsickentales der Dehnsicke angeordnet. Der Schlitz ist somit in günstiger Weise an genau derjenigen Stelle der Dehnsicke angeordnet, die bei einer Temperaturdehnung die größte Belastung und Verformung erfahren würde. Durch die Anordnung des Schlitzes in dem besagten Bereich lässt sich die Dehnsicke vergleichsweise widerstandsarm zusammendrücken bzw. auseinanderziehen, wodurch eine vergleichsweise einfache Kompensation der durch Temperaturdifferenzen auftretenden Dehnungen erfolgen kann. Hierbei können beispielsweise mehrere Schlitze nacheinander entlang der jeweiligen Dehnsicke vorgesehen sein, so dass diese ähnlich eines Mittelstreifens einer Fahrbahn entlang der Dehnsicke angeordnet sind. Je größer dabei die Schlitze sind, umso leichter ist ein positives oder negatives Dehnen der Dehnsicke im Bereich des Dehnsickentales bzw. des Dehnsickenberges.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Dehnsicke als Doppelsicke ausgebildet und es sind je Dehnsicke zwei benachbarte Dehnsickentäler oder Dehnsickenberge vorgesehen. Durch eine derartige Dehnsicke kann die Dehnsicke analog zu einer Schwächung mittels eines Schlitzes elastischer gestaltet werden, wodurch Dehnungen aufgrund einer Temperaturänderung besser aufgenommen werden können. Alternativ hierzu kann die Dehnsicke auch als Doppelsicke mit einem im Wesentlichen sinusförmigen Querschnitt ausgebildet sein und je Dehnsicke ein Dehnsickental und einen benachbart dazu angeordneten Dehnsickenberg aufweisen. Das Dehnsickental und der eng benachbart dazu angeordnete Dehnsickenberg können, müssen jedoch nicht die gleiche Amplitude aufweisen. Eine derartige Doppelsicke mit sinusförmigem Querschnitt stellt ebenfalls eine konstruktiv einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Aufnahme von temperaturbedingten Dehnungen dar.
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Zweckmäßig verläuft die Dehnsicke parallel zur Strömungsrichtung des zu kühlenden Abgases. Die Dehnsicken selber können dabei beispielsweise in der Art einer Gerade oder aber mäanderförmig ausgebildet sein, wobei bei der mäanderförmigen Ausbildung ein Mäandrieren um die senkrecht zur jeweiligen Platte verlaufenden Kühlkanäle denkbar ist. Durch derartige mäandrierende Dehnsicken werden zudem eine gute Durchmischung des Abgases und dadurch eine gute Wärmeübertragung erreicht. Durch die parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete Dehnsicke wird das Abgas an die kalten Kühlkanäle geführt, ohne dabei einen zu großen Druckverlust zu erzeugen, die Dehnsicke dient dabei zusätzlich als Turbulator. Bei einer quer zur Strömungsrichtung ausgerichteten Dehnsicke könnte diese zwar immer noch Spannungen kompensieren, würde aber den Strömungskanal versperren und einen sehr hohen Druckverlust verursachen.
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Zweckmäßig sind an zumindest einer Platte benachbart zur Dehnsicke Schlitze vorgesehen. Derartige Schlitze ermöglichen neben einer bereits durch die einzelnen Dehnsicken ermöglichten Querdehnung auch eine Spannungskompensation und damit eine Dehnung in Längsrichtung der Platte und damit parallel zur Strömungsrichtung des Abgases. Zugleich besitzen derartige Schlitze den großen Vorteil, Durchgangsöffnungen zwischen einzelnen durch eine derartige Platte voneinander getrennten Abgasebenen zu schaffen, wodurch eine verbesserte Abgasdurchmischung und damit ein verbesserter Wärmeübertrag erzielt werden. Das Durchmischen des Abgasstromes kann dabei durch entsprechende kiemenartige Ausbildungen an den Schlitzen zusätzlich unterstützt werden, wobei auch denkbar ist, dass an den Schlitzen Strömungsleitelemente angeordnet sind, die beim Durchströmen mit Abgas Turbulenzen erzeugen und dadurch eine erhöhte Abgasdurchmischung bewirken.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abgaskühler,
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2 eine Schnittdarstellung durch eine Platte des Abgaskühlers im Bereich einer Dehnsicke,
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3 eine mögliche Ausführungsform einer Platte des Abgaskühlers mit benachbart zu den Dehnsicken angeordneten Schlitzen,
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4 eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platte jedoch mit in der Art von Doppelsicken ausgebildeten Dehnsicken.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Abgaskühler 1 mehrere im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Platten 2 auf, zwischen denen das zu kühlende Abgas 3 strömt. In der linken Darstellung gemäß der 1 strömt somit das Abgas 3 von links nach rechts durch den Abgaskühler 1, wogegen es in der rechten Querschnittsdarstellung orthogonal zur Bildebene strömt. Im Wesentlichen senkrecht durch die Platten 2 hindurch sind Kühlkanäle 4 angeordnet, durch welche Kühlmittel strömt und dadurch beispielsweise die Platten 2 kühlt. Die Kühlkanäle 4 sind dabei oben und unten am Abgaskühler 1 in einem jeweiligen Sammelbehälter 5, 6 zusammengefasst, das heißt sie münden in diese. Kühlmittel strömt somit beispielsweise über einen Einlassstutzen 7 in den Sammelraum 5 und von dort über die einzelnen Kühlkanäle 4 durch die Platten 2 hindurch in den Sammelraum 6, um diesen anschließend über den Auslass 8 wieder zu verlassen. In den Kühlkanälen 4 gibt dabei das dort strömende Kühlmittel die kühlende Wirkung an die Platten 2 weiter, die wiederum vom Abgas 3 umströmt sind, so dass dort ein Wärmetausch, das heißt eine Abkühlung des Abgases, erfolgen kann. Um nun die vergleichsweise hohen Temperaturspannungen aufgrund hoher Temperaturdifferenzen problemlos aufnehmen zu können, weisen die Platten 2 jeweils mehrere Dehnsicken 9 (vergleiche die 2 bis 4) auf. Um dabei die Dehnbarkeit der Dehnsicken 9 steigern zu können, weist zumindest eine der Dehnsicken 9 eine geringere Materialstärke auf, wodurch eine die Dehnung begünstigende Materialschwächung gebildet wird. Zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein kann ein im Bereich der Dehnsicke 9 und parallel zur selben verlaufender Schlitz 10, der ebenfalls den Querschnitt schwächt und dadurch die Dehnung begünstigt. Es ist somit auch eine Dehnsicke mit Materialschwächung und Schlitz oder nur mir Schlitz, das heißt ohne Materialschwächung denkbar.
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Die Dehnsicke 9 kann dabei als Einzelsicke ausgebildet sein, wie dies gemäß der 2 in der linken Darstellung gezeigt ist, oder aber als Doppelsicke, wie dies in der mittleren und rechten Darstellung der 2 gezeichnet ist. Insgesamt können dabei mehrere Schlitze 10 nacheinander entlang der Dehnsicke 9 vorgesehen sein, so dass diese in der Art eines Mitteltrennstreifens einer Fahrbahnmarkierung ausgebildet sind. Der Schlitz 10 ist dabei vorzugsweise im Bereich eines Dehnsickenberges 11 oder eines Dehnsickentales 12 angeordnet, da dort die auftretenden Dehnspannungen für das Material am höchsten sind. In diesem Bereich ist auch vorzugsweise die Materialschwächung bzw. der Schlitz vorgesehen.
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Betrachtet man die mittlere Darstellung gemäß der 2, so kann man erkennen, dass die dort dargestellte Dehnsicke 9 als Doppelsicke ausgebildet ist und je Dehnsicke 9 zwei benachbarte Dehnsickenberge 11 vorgesehen sind. Aus anderer Betrachtungsrichtung können dabei selbstverständlich auch zwei benachbarte Dehnsickentäler 12 vorgesehen sein. Der erfindungsgemäß vorgesehene Schlitz 10 kann dabei entweder in einem der beiden Dehnsickenberge 11 oder aber in beiden vorgesehen werden. Alternativ dazu ist die Dehnsicke 9 gemäß der rechten Darstellung in 2 als Dehnsicke 9 mit sinusförmigem Querschnitt ausgebildet und weist je Dehnsicke 9 ein Dehnsickental 12 sowie einen eng benachbart dazu angeordneten Dehnsickenberg 11 auf. Dabei können ebenfalls entweder sowohl im Dehnsickenberg 11 als auch im Dehnsickental 12 ein Schlitz 10 vorgesehen sein, oder aber lediglich im Dehnsickenberg 11 bzw. im Dehnsickental 12.
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Betrachtet man die 3 und 4, so kann man erkennen, dass die Dehnsicken 9 im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 13 angeordnet sind und dadurch einen vergleichsweise geringen Strömungswiderstand beim Durchströmen des Abgases 3 durch den Abgaskühler 1 herrufen. Die parallel zur Strömungsrichtung 13 verlaufenden Dehnsicken 9 ermöglichen somit insbesondere eine Dehnung quer zur Strömungsrichtung 13. Eine verbesserte Dehnung parallel zur Strömungsrichtung 13 kann durch Schlitze 10’ erzielt werden, die benachbart zur jeweiligen Dehnsicke 9 angeordnet sind. Betrachtet man dabei die 3, so kann man erkennen, dass die Schlitze 10’ im Wesentlichen orthogonal zu den Schlitzen 10 im Bereich der Dehnsicken 9 ausgerichtet sind und somit den Querschnitt der Platte 2 in Längsrichtung, das heißt parallel zur Strömungsrichtung 13 schwächen. Die Schlitze 10, 10’ müssen dabei nicht linear ausgebildet sein, sondern können beispielsweise auch gekrümmt oder mit veränderndem Querschnitt hergestellt werden. Derartige Schlitze 10’ verbessern wie die Schlitze 10 darüber hinaus eine Abgasdurchmischung, da sie einen Durchgang durch die jeweilige Platte 2 darstellen.
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Mit der erfindungsgemäßen Platte 2 bzw. mit dem erfindungsgemäßen Abgaskühler 1 lassen sich auch größere Kühlstrecken problemlos bauen, da durch die erhöhte Dehnbarkeit im Bereich der Dehnsicken 9 Temperaturdehnungen aufgrund von Temperaturänderungen besser aufgenommen werden können. Die Herstellung derartiger Platten 2 kann dabei vergleichsweise einfach und kostengünstig mittels entsprechender Stanz- und Umformwerkzeuge bewerkstelligt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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