DE19907163C2 - Heat exchanger, in particular exhaust gas heat exchanger - Google Patents
Heat exchanger, in particular exhaust gas heat exchangerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Abgas wärmetauscher, mit an beiden Enden in Rohrböden gehaltenen Rohren zur Führung eines gasförmigen Mediums und mit einem an die Rohrböden an schließenden und die Rohre umschließenden Gehäuse zum Führen eines flüssigen Kühlmediums, wobei die Rohrböden, die Rohre und das Gehäuse aus hitzebeständigen austenitischen Stahlblechen geformt sind, die Rohre in die aus einem Blech gestanzten Rohrböden eingeschweißt sind und das Gehäuse mit den Rohrböden verschweißt ist.The invention relates to a heat exchanger, in particular an exhaust gas heat exchanger, held at both ends in tube sheets pipes for Guiding a gaseous medium and with a to the tube sheets closing and the tubes enclosing housing for guiding a liquid cooling medium, the tubesheets, the tubes and the housing are made of heat-resistant austenitic steel sheets, the pipes in welded from a sheet metal tube sheets are welded and the Housing is welded to the tube sheets.
Ein Wärmetauscher der eingangs genannten Art ist aus der DE 195 40 683 A1 bekannt.A heat exchanger of the type mentioned is known from DE 195 40 683 A1 known.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der ein gangs genannten Art so zu gestalten, dass er kostengünstig und schweiß technisch vorteilhaft hergestellt werden kann.The invention is based on the object, a heat exchanger of a The so-called type so that it is inexpensive and sweat can be produced technically advantageous.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 da durch gelöst, dass die Rohrböden als tiefgezogene Teile geformt sind, die jeweils eine umlaufende, die Enden der Rohre des Rohrbündels nach außen überragende Wand aufweisen, die mit dem Gehäuse verschweißt ist und an die jeweils ein Diffusor anschließt. This object is in a heat exchanger according to the preamble of claim 1 there solved by that the tube sheets are formed as deep-drawn parts, the one circumferential, the ends of the tubes of the tube bundle to the outside have superior wall, which is welded to the housing and on each connecting a diffuser.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Wärmetauschers ermöglicht ein Verschweißen, bei welchem insbesondere beim Verschweißen der Teile des Gehäuses mit den Rohrböden möglichst wenig Wär me in die Rohrböden eingeleitet wird, so daß dabei eine Wär meverformung der Rohrböden weitgehend verhindert wird.The inventive design of the heat exchanger allows a welding, in which in particular during welding the parts of the housing with the tube plates as little as possible heat me is introduced into the tube sheets, so that while a heat meverformung the tube sheets is largely prevented.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Gehäuse und die Rohrböden im Bereich der umlaufenden Wände nach dem Herstellen der Schweißverbindungen abgelängt sind. Auf diese Weise läßt sich ein Wärmetauscher schaffen, der mit hoher Genauigkeit die geforderten Einbautoleranzen einhält, die insbesondere bei Kraftfahrzeugen gefordert wer den.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the housing and the tubesheets in the area of the circumferential Walls cut to length after making the welds are. In this way, a heat exchanger can create, with high accuracy, the required installation tolerances complies with who demanded especially in motor vehicles the.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Gehäuse und die Rohrböden mittels einer umlaufenden Hilfsnaht und mittels einer näher zu den Rohrenden angebrach ten Dichtnaht miteinander verschweißt sind, und daß das Ge häuse und die Rohrböden im Bereich der Hilfsnaht abgelängt sind. Das Gehäuse und die Rohrböden bilden somit einen dicht geschlossenen Rand. Da die eigentliche Dichtnaht relativ nahe an dem die Rohrenden aufnehmenden Bereich des Rohrbodens ge legt werden kann, wird weitgehend ausgeschlossen, daß in dem Bereich zwischen Rohrboden und Gehäuse eine Spaltkorrosion auftritt.In a further embodiment of the invention, it is provided that the housing and the tubesheets by means of a circumferential Auxiliary seam and by means of a closer to the pipe ends angerach th sealing seam are welded together, and that the Ge housing and the tubesheets in the area of the auxiliary seam cut to length are. The housing and tube sheets thus form a tight closed edge. Because the actual sealing seam is relatively close ge at the pipe ends receiving portion of the tube sheet it is largely excluded that in the Area between tube plate and housing a crevice corrosion occurs.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird weiter vorgesehen, daß an den umlaufenden, abgelängten Rand jeweils ein Diffusor stumpf angeschweißt ist. Dadurch wird eine vorteilhafte Schweißverbindung zwischen dem Diffusor und dem Rand geschaf fen, bei welcher zum Teil auch noch Längentoleranzen ausge glichen werden können.In an advantageous embodiment is further provided, that at the circumferential, cut edge each have a diffuser butt welded. This will be an advantageous Welded joint between the diffuser and the edge geschaf fen, in which sometimes even length tolerances out can be the same.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Gehäuse jeweils anschließend an die Rohrböden einen grö ßeren Querschnitt aufweist als in dem dazwischenliegenden Be reich, in welchem es die Rohre mit geringem Abstand umhüllt. Im Bereich der größeren Querschnitte wird somit jeweils eine Art Wasserkasten geschaffen, in welchem sich das flüssige Kühlmedium über den gesamten Querschnitt des Wärmetauschers verteilt.In a further embodiment of the invention, it is provided that the housing each subsequent to the tube sheets a grö ßeren cross-section than in the intermediate Be rich, in which it envelops the pipes at a short distance. In the area of the larger cross sections, one is thus each one Art water tank created in which the liquid Cooling medium over the entire cross section of the heat exchanger distributed.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Rohre mit nach außen ragenden, noppenartigen Vorsprüngen versehen sind, mittels welchen sie untereinander und an der Innenwand des Gehäuses abgestützt sind. Damit wird eine er höhte Stabilität des gesamten Wärmetauschers erhalten, wobei gleichzeitig das Entstehen von Geräuschen aufgrund von einge leiteten Schwingungen oder Vibrationen weitgehend ausge schlossen wird.In a further embodiment of the invention, it is provided that the tubes with outwardly projecting, knob-like projections are provided, by means of which they among themselves and at the Inner wall of the housing are supported. He becomes one increased stability of the entire heat exchanger obtained, wherein at the same time the emergence of noise due to led vibrations or vibrations largely out is closed.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Gehäuse, das aus wenigstens zwei Blechformteilen zusam mengesetzt ist, mittels parallel zu den Rohren verlaufenden Schweißnähten verschweißt ist. Auch beim Anbringen dieser Schweißnähte werden nur geringe Wärmemengen in die Rohre oder Rohrböden eingeleitet. Vorteilhaft wird dabei vorgesehen, daß die Schweißnähte im Bereich des größeren Gehäusequerschnittes als I-Naht ausgeführt sind. Damit ergibt sich in diesem Be reich eine weitgehend glatte Außenkontur des Wärmetauschers. Zweckmäßig wird weiter vorgesehen, daß die Schweißnähte im Bereich des geringeren Gehäusequerschnittes als Bördelnaht ausgeführt sind. Dadurch ist es möglich, die Schweißnaht ins gesamt auf einem Niveau durchlaufen zu lassen. Besonders vor teilhaft ist es, wenn die Gehäuseteile elastisch vorgespannt verschweißt sind. Die elastische Vorspannung, die zum einen ein dichtes Anlegen der zu verschweißenden Ränder der Blech teile herbeiführt, sorgt ferner dazu, daß die Gehäuseteile nach dem Schweißen im Bereich des geringeren Gehäusequer schnittes sich unter Vorspannung gegen die Noppen der äußeren Rohre des Rohrbündels anlegen, so daß die Gefahr einer Ge räuschbildung aufgrund von Vibrationen weiter vermindert ist. In a further embodiment of the invention, it is provided that the housing, composed of at least two sheet metal parts is set, by means of parallel to the tubes running Welded seams. Also when attaching this Welds are only small amounts of heat in the pipes or Tube bottoms initiated. Advantageously, it is provided that the welds in the area of the larger housing cross-section executed as an I-seam. This results in this Be rich a largely smooth outer contour of the heat exchanger. Appropriately, it is further provided that the welds in Area of smaller housing cross-section than flanged seam are executed. This makes it possible to weld the weld into the to undergo a total of one level. Especially before Partly it is when the housing parts elastically biased are welded. The elastic preload, on the one hand a dense application of the edges of the sheet to be welded causes parts, also ensures that the housing parts after welding in the area of the smaller housing cross cut under bias against the pimples of the outer Create tubes of the tube bundle, so that the risk of Ge noise is further reduced due to vibrations.
Diese elastische Vorspannung besteht im wesentlichen im Be reich der Bördelnähte.This elastic bias consists essentially in Be rich in flanged seams.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgese hen, daß das Gehäuse aus einem Rohrstück gebildet ist, dessen beide Endbereiche aufgeweitet sind. Damit wird ein einteili ger Gehäusemantel geschaffen, der bei der Montage gut zu handhaben ist.In another embodiment of the invention is vorgese hen, that the housing is formed of a piece of pipe whose both end portions are widened. This will be a one-parti ger housing jacket created, the good at mounting handle is.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Rohre mittels Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahl schweißen in die Rohrböden eingeschweißt sind. Um dieses Schweißen exakt durchführen zu können, wird weiter vorgese hen, daß die Rohrböden mit an vorbestimmten Stellen ange brachten Positionierhilfen versehen sind. Dadurch ist es mög lich, die Rohrböden mit den Rohren während des Schweißens ex akt auszurichten.In a further embodiment of the invention, it is provided that the tubes by laser welding or electron beam Welded in the tube sheets are welded. To this Welding to be able to carry out exactly will continue hen that the tube sheets with at predetermined locations brought positioning aids are provided. This makes it possible Lich, the tube sheets with the pipes during welding ex align act.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Rohre mit einem vorgegebenen Überstand in die Rohrböden eingesteckt sind, und daß die Schweißnähte unmittelbar neben den Rohraußenwänden mittels schräg einfallendem Laser- oder Elektronenstrahl angebracht sind. Diese Maßnahme ist insbe sondere bei größeren Wärmetauschern von Vorteil, d. h. bei Wärmetauschern mit einem Rohrbündel aus einer Vielzahl von Rohren. Bei einer großen Anzahl von Rohren läßt es sich kaum ausschließen, daß bei dem Einstecken der Rohre in die Ausspa rung der Rohrböden letztere etwas deformiert werden. Dieser Deformation kann durch das Schweißen mit schräg einfallendem Strahl begegnet werden, so daß die Gefahr einer unvollkomme nen oder undichten Schweißung weitgehend vermieden wird.In a further embodiment of the invention, it is provided that the tubes with a given supernatant into the tubesheets are plugged in, and that the welds next to the pipe outer walls by means of obliquely incident laser or Electron beam are attached. This measure is especial especially for larger heat exchangers of advantage, d. H. at Heat exchangers with a tube bundle of a variety of Pipes. With a large number of pipes, it is hardly possible exclude that when inserting the tubes in the Ausspa tion of the tubesheets latter are slightly deformed. This Deformation can occur by welding at an angle Ray encountered, so that the danger of an imperfect nen or leaking welding is largely avoided.
In weiterer Ausgestaltung wird vorgesehen, daß das Gehäuse in einem Bereich mit dem größeren Querschnitt mit einem An schlußrohr für eine Kühlmittelzufuhr und in dem anderen Be reich mit größerem Querschnitt mit einem Anschlußrohr für ei ne Kühlmittelabfuhr versehen ist, wobei das Gehäuse mit nach außen gerichteten Durchzügen versehen ist, an die die Anschlußrohre an geschweißt sind. Auch hierdurch ergibt sich eine kostengünstige und schweißtechnisch vorteilhafte Lösung für das Anbringen der Anschlüsse für das Kühlmittel.In a further embodiment it is provided that the housing in a region with the larger cross-section with an An end tube for a coolant supply and in the other Be rich with larger cross-section with a connecting pipe for egg ne coolant removal is provided, the housing with outwardly directed passages is provided, to which the connecting pipes are welded. This also results in a cost-effective and welding technically advantageous solution for attaching the connections for the coolant.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of embodiments.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Fig. 1 is a perspective view showing a heat exchanger according to the invention,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch das Gehäuse des Wärmetauschers entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 2 is a partial section through the housing of the heat exchanger taken along the line II-II of Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch das Gehäuse des Wärmetauschers entlang der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 3 is a partial section through the housing of the heat exchanger taken along the line III-III of Fig. 1,
Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht auf den Endbereich eines er findungsgemäßen Wärmetauschers vor Abschluss seiner Her stellung, Fig. 4 position is a partial perspective view of the end portion of a heat exchanger before it inventive completion of its Her,
Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 5 is a partial section along the line VV of Fig. 4,
Fig. 6 einen Teilschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 1, Fig. 6 shows a partial section along the line VI-VI of Fig. 1,
Fig. 7 einen Teilschnitt im Bereich der Verbindung zwischen Rohren und Rohrboden eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Fig. 7 shows a partial section in the area of connection between tubes and tube plate of a heat exchanger according to the invention,
Fig. 8 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 7 mit einem planmäßigen Über stand der Rohre über den zugehörigen Rohrboden, Fig. 8 is a partial section similar to Fig. 7 with a scheduled supernatant of the tubes to the associated tube sheet,
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 1, Fig. 9 shows a section along the line IX-IX of Fig. 1,
Fig. 10 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 9 einer abgewandel ten Ausführungsform, Fig. 10 is a partial section similar to FIG. 9 of a abgewandel th embodiment,
Fig. 11 eine Ansicht eines aus einem einteiligen Rohrstück gebildeten Gehäusemantels und Fig. 11 is a view of a housing jacket formed from a unitary piece of pipe and
Fig. 12 eine Ansicht des Gehäusemantels in axialer Rich tung. Fig. 12 is a view of the housing shell in the axial direction Rich.
Die Teilschnitte sind jeweils in größerem Maßstab darge stellt.The partial sections are each on a larger scale darge provides.
Der in Fig. 1 dargestellte Wärmetauscher 11 wird insbesondere als Abgaswärmetauscher eingesetzt, in welchem Abgas gekühlt wird. Das Abgas strömt durch einen Diffusor 12 ein und wird im Innern des Wärmetauschers 11 mittels eines Rohrbündels 13 aus Rechteckrohren zu einem Diffusor 14 geführt, aus dem es abströmt. Im Bereich zwischen den Diffusoren 12, 14 ist das Rohrbündel 13 mit einem aus zwei Teilen 15, 16 zusammenge setzten Gehäuse umgeben, in welchem ein flüssiges Kühlmittel geführt wird, das die Rohre des Rohrbündels 13 umströmt. Das Kühlmittel wird an einem Kühlmittelzulaufanschluß 17 zuge führt und an einem Kühlmittelablaufanschluß 18 abgeführt, die im wesentlichen diametral angeordnet sind. Das Kühlmittel strömt in Gleichstrom zu dem zu kühlenden Abgas.The heat exchanger 11 shown in FIG. 1 is used in particular as an exhaust gas heat exchanger, in which exhaust gas is cooled. The exhaust gas flows through a diffuser 12 and is guided in the interior of the heat exchanger 11 by means of a tube bundle 13 of rectangular tubes to a diffuser 14 , from which it flows. In the area between the diffusers 12 , 14 , the tube bundle 13 is surrounded by a composite of two parts 15 , 16 translated housing, in which a liquid coolant is passed, which flows around the tubes of the tube bundle 13 . The coolant is supplied to a coolant inlet port 17 leads and discharged to a coolant drain port 18 , which are arranged substantially diametrically. The coolant flows in direct current to the exhaust gas to be cooled.
Das Rohrbündel 13 besteht aus Rechteckrohren, wie sie bei spielsweise aus der DE 195 40 683 A1 bekannt sind. Die Recht eckrohre besitzen von gegenüberliegenden Innenwänden abragen de, V-förmige Laschenpaare, die abwechselnd an gegenüberlie genden Wandungen vorgesehen sind. Die Rechteckrohre sind fer ner auf ihrer Außenseite mit noppenartigen Vorsprüngen verse hen, an denen sie sich untereinander und gegenüber dem Gehäu se 15, 16 abstützen. Die Enden der Rechteckrohre des Rohrbün dels 13 sind in Rohrböden 19 dicht eingeschweißt. The tube bundle 13 consists of rectangular tubes, as they are known for example from DE 195 40 683 A1. The right eckrohre have protrude from opposite inner walls de, V-shaped tab pairs, which are alternately provided on gegenüberlie ing walls. The rectangular tubes are fer ner hen on its outer side with knob-like projections hen, where they are supported with each other and against the hous se 15 , 16 . The ends of the rectangular tubes of Rohrbün dels 13 are tightly welded into tube sheets 19 .
Als Rohrböden 19 dienen topfartige, tiefgezogene Blechform teile, deren Boden mit einer gestanzten Lochung zur Aufnahme der Rohre des Rohrbündels 13 versehen ist. Ferner bilden die Rohrböden 19 eine umlaufende Wandung 20, die in Richtung zu den Diffusoren 12, 14 über die Enden der Rohre des Rohrbün dels 13 übersteht. Wie im Nachstehenden noch näher erläutert wird, sind die das Gehäuse bildenden Blechformteile 15, 16 mit dieser Wandung 20 der Rohrböden 19 verschweißt.As tube plates 19 serve cup-shaped, deep-drawn sheet metal parts whose bottom is provided with a punched hole for receiving the tubes of the tube bundle 13 . Further, the tube plates 19 form a circumferential wall 20 which projects in the direction of the diffusers 12 , 14 over the ends of the tubes of the tube 13 Rohrbün. As will be explained in more detail below, the sheet metal moldings 15 , 16 forming the housing are welded to this wall 20 of the tubesheets 19 .
Das Gehäuse ist aus zwei Blechformteilen 15, 16 zusammenge setzt. Es besitzt jeweils an die Diffusoren 12, 14 anschlie ßende Bereiche 21, 22 mit größerem Querschnitt, die jeweils einen ringkanalartigen Wasserverteilkasten bilden, in dessen Bereich einerseits der Zulaufanschluß 17 und andererseits der Ablaufanschluß 18 angeordnet sind. Der mittlere Bereich des Gehäuses zwischen den beiden äußeren Bereichen 21 und 22 hat einen geringeren Querschnitt. In diesem Bereich hält das Ge häuse einen Abstand zu den Rohren des Rohrbündels 13 ein, der durch die noppenartigen Vorsprünge der Rohre bestimmt wird. Die Blechformteile 15, 16 sind mittels in Längsrichtung ver laufenden Schweißnähten 23 verbunden. Jede Schweißnaht 23 ist in den Bereichen 21, 22 mit größerem Querschnitt als eine I- Naht (Fig. 3) und in dem dazwischenliegenden Bereich mit ge ringerem Querschnitt als eine Bördelnaht (Fig. 2) ausgebil det. Dadurch wird erreicht, daß jede Schweißnaht 23 auf einem gleichbleibenden Höhenniveau verläuft und somit in einfacher Weise in einem Zug gelegt werden kann. Während des Schweißens der Schweißnähte 23 werden die beiden Blechformteile 15 ge geneinander gepreßt, so daß die Blechformteile im Bereich der I-Naht und auch im Bereich der Bördelnaht dicht aneinander liegen. Dabei werden die Blechformteile 15, 16 im Bereich der Bördelnaht etwas elastisch verformt, so daß das Gehäuse in dem mittleren, einen geringeren Querschnitt aufweisenden Be reich nach dem Schweißen mit einer elastischen Vorspannung an den noppenartigen Vorsprüngen der Rohre des Rohrbündels 13 anliegt. The housing is composed of two sheet metal parts 15 , 16 together. It has in each case to the diffusers 12 , 14 subsequent sequent areas 21 , 22 with a larger cross-section, each forming a ring-channel-like water distribution box, in the area on the one hand, the inlet port 17 and on the other hand, the drain port 18 are arranged. The central region of the housing between the two outer regions 21 and 22 has a smaller cross section. In this area, the housing keeps Ge a distance from the tubes of the tube bundle 13 , which is determined by the knob-like projections of the tubes. The sheet-metal parts 15 , 16 are connected by means of ver in the longitudinal direction of welding seams 23 . Each weld 23 is formed in the regions 21 , 22 of larger cross section than an I seam ( FIG. 3) and in the intermediate region of smaller cross section than a flanged seam ( FIG. 2). This ensures that each weld 23 runs at a constant height level and thus can be placed in a simple manner in a train. During welding of the welds 23 , the two sheet metal parts 15 are pressed against each other ge, so that the sheet metal parts in the region of the I-seam and in the region of the flanged seam are close to each other. The sheet metal parts 15 , 16 are slightly elastically deformed in the crimp seam, so that the housing in the middle, having a smaller cross-section Be rich after welding with a resilient bias on the knob-like projections of the tubes of the tube bundle 13 .
Vor dem Schweißen der Längsnähte 23 werden die Blechformteile 15, 16 an die Wandungen 20 der Rohrböden 19 angelegt (Fig. 4 und 5) die mit dem Rohrbündel 13 versehen sind. Das Schweißen der Längsnähte 23 erfolgt auch im Bereich der Wandung 20 der Rohrböden 19, so daß mit dem Anbringen der Schweißnähte 23 die Rohrböden 19 mit dem aus den beiden Blechformteilen 15, 16 gebildeten Gehäuse verheftet werden. Anschließend wird das aus den zwei Blechformteilen 15, 16 gebildete Gehäuse mit den Rohrböden 19 im Bereich der Wandungen 20 verschweißt. Hierbei wird zunächst eine Hilfsnaht 24 in größerem Abstand zu dem Boden der Rohrböden 19 angebracht. Anschließend wird eine Dichtnaht 25 geschweißt, die näher an den Böden der Rohrböden 19 liegt und vorzugsweise unmittelbar vor dem Übergang zwi schen der Wandung 20 und dem Boden der Rohrböden 19.Before welding the longitudinal seams 23 , the sheet-metal shaped parts 15 , 16 are applied to the walls 20 of the tube plates 19 (FIGS . 4 and 5) which are provided with the tube bundle 13 . The welding of the longitudinal seams 23 also takes place in the region of the wall 20 of the tubesheets 19 , so that with the attachment of the welds 23, the tube plates 19 are tacked with the housing formed from the two sheet-metal shaped parts 15 , 16 . Subsequently, the housing formed from the two sheet-metal shaped parts 15 , 16 is welded to the tube plates 19 in the region of the walls 20 . Here, an auxiliary seam 24 is first attached at a greater distance to the bottom of the tube sheets 19 . Subsequently, a sealing seam 25 is welded, which is closer to the bottoms of the tube sheets 19 and preferably just before the transition between tween the wall 20 and the bottom of the tube sheets 19th
Das Verschweißen der Recheckrohre des Rohrbündels 13 mit den Rohrböden 19 erfolgt vor oder auch nach dem Anbringen und Schweißen des Gehäuses. Die Rohrböden 19 werden auf die Enden der Recheckrohre des Rohrbündels 13 aufgesteckt. Danach wer den die Enden der Recheckrohre unter plastischer Deformation etwas aufgeweitet, so daß nur ein kleiner Spalt zwischen den gestanzten Aussparungen der Rohrböden 19 und den Rechteckroh ren vorhanden ist, der ein dichtes Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen erlaubt. Mittels des Aufweitens wird eine Fügeverbindung zwischen dem Rohrbündel 13 und den Rohrböden 19 geschaffen, die es erlaubt, das Gehäuse aus den Blechformteilen 15, 16 anzubringen und zu schweißen, ohne daß die Rohrböden 19 mit dem Rohrbündel 13 schon verschweißt sind.The welding of the rectangular tubes of the tube bundle 13 with the tubesheets 19 takes place before or after the attachment and welding of the housing. The tube plates 19 are attached to the ends of the rectangular tubes of the tube bundle 13 . Then who the ends of the rectangular tubes under plastic deformation widened something, so that only a small gap between the punched recesses of the tube plates 19 and the Rechteckroh ren is present, which allows a dense laser beam welding or electron beam welding. By means of the expansion, a joint connection between the tube bundle 13 and the tube plates 19 is provided , which allows the housing from the sheet metal parts 15 , 16 to attach and to weld, without the tubesheets 19 are already welded to the tube bundle 13 .
In Fig. 11 und 12 ist ein Gehäusemantel 32 dargestellt, aus dem in entsprechender Weise ein Wärmetauscher 11 hergestellt werden kann. Der Gehäusemantel 32 besteht aus einem Rohrstück eines geschweißten Rechteckrohres. Die beiden Endbereiche 33, 34 sind aufgeweitet, um ringkanalartige Wasserverteilkästen zu bilden. In diesen aufgeweiteten Bereichen sind Anschlüsse für die Wasserzuführung und Wasserabführung vorgesehen, bei spielsweise einfache Stanzlöcher 35, 36 oder nach außen ge richtete Durchzüge 28. Wenn ein besonders langer Rohrmantel 32 vorgesehen wird, so ist es zweckmäßig, diesen mittels nach außen ausgeformten Quersicken 37 zu versteifen, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.In Fig. 11 and 12, a housing shell 32 is shown, from which a heat exchanger 11 can be prepared in a corresponding manner. The housing shell 32 consists of a pipe section of a welded rectangular tube. The two end portions 33 , 34 are widened to form annular channel water distribution boxes. In these expanded areas connections for the water supply and water drainage are provided, for example, simple punched holes 35 , 36 or ge outwardly directed passages 28th If a particularly long pipe jacket 32 is provided, then it is expedient to stiffen it by means of outwardly formed transverse beads 37 , as shown in FIG. 11.
Bei dieser Bauart wird ein Rohrbündel 13 aus Rechteckrohren in den Gehäusemantel 32 eingefügt. Danach werden Rohrböden 19 eingesetzt, die in die aufgeweiteten Endbereiche 33, 34 vor zugsweise mit leichtem Preßsitz eingepreßt werden. Dadurch wird vor dem Schweißen schon eine Fügeverbindung erhalten, die eine gute Handhabung des soweit montierten Gegenstandes gestattet. Danach erfolgt das Verschweißen der Rohrböden 19 mit dem Gehäusemantel 32 in den Endbereichen 33, 34 mit Hilfe einer Hilfsnaht 24 und einer Dichtnaht 25. Ebenso werden die Rechteckrohre des Rohrbündels 13 mit den Rohrböden 19 ver schweißt. Dabei kann wahlweise vorgesehen werden, daß das Verschweißen der Rohrböden 19 mit den Rechteckrohren vor oder nach dem Verschweißen der Rohrböden 19 mit dem Gehäusemantel 32 durchgeführt wird.In this design, a tube bundle 13 is inserted from rectangular tubes in the housing shell 32 . Thereafter, tubesheets 19 are used, which are pressed into the flared end portions 33 , 34 before preferably with a slight interference fit. As a result, a joint connection is obtained before welding, which allows a good handling of the item so far mounted. Thereafter, the welding of the tubesheets 19 with the housing shell 32 in the end regions 33 , 34 by means of an auxiliary seam 24 and a sealing seam 25th Likewise, the rectangular tubes of the tube bundle 13 are welded to the tube plates 19 ver. It can optionally be provided that the welding of the tube plates 19 is performed with the rectangular tubes before or after the welding of the tubesheets 19 with the housing shell 32 .
Die Rohre des Rohrbündels 13 haben eine relativ geringe Wand stärke, d. h. eine Wandstärke in der Größenordnung von 0,2 mm bis 0,6 mm. Es ist daher erforderlich, daß die um die Rohre des Rohrbündels 13 gelegten Schweißnähte sehr präzise ange bracht werden. Hierzu ist es notwendig, daß die Rohrböden 19 mit dem Rohrbündel 13 sehr präzise zu einer Schweißvorrich tung positioniert werden. Um dieses Positionieren zu erleich tern, können in nicht näher dargestellter Weise die Rohrböden 19 mit Positionierhilfen versehen sein.The tubes of the tube bundle 13 have a relatively small wall thickness, ie a wall thickness in the order of 0.2 mm to 0.6 mm. It is therefore necessary that the laid around the tubes of the tube bundle 13 welds are very precisely introduced. For this purpose, it is necessary that the tube plates 19 are positioned with the tube bundle 13 very precisely to a Schweißvorrich device. In order to facilitate this positioning, the tubesheets 19 can be provided with positioning aids in a manner not shown.
Wie schon erwähnt wurde, erfolgt das Einschweißen der Rohre des Rohrbündels 13 in die Rohrböden 19 bevorzugt als Laser strahlschweißen oder auch als Elektronenstrahlschweißen. Wenn in konventioneller Weise das Einschweißen so ausgeführt wird, daß der Laserstrahl oder Elektronenstrahl, der in Fig. 7 mit einem Pfeil 26 angedeutet ist, parallel zu den Rohrachsen ausgerichtet ist, so ist darauf zu achten, daß bei der Monta ge der Rohrböden 19 aufgrund von Verformungen des Rohrbodens keine Lagedifferenzen auftreten. Bei Wärmetauschern mit einem Rohrbündel 13 aus einer großen Anzahl von Rohren werden sich häufig Durchbiegungen und damit Positionsverlagerungen in größeren Dimensionen als 0,1 mm nicht vermeiden lassen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, planmäßig bei dem Aufstecken der Rohrböden 19 auf die Rohrenden des Rohrbündels 13 einen Überstand zu erzeugen, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. In diesem Fall erfolgt dann das Einschweißen mittels eines schräg gerichteten Laserstrahls oder Elektronenstrahls, der mit dem Pfeil 27 angedeutet ist. Der Strahl ist um einen Win kel zwischen 5° und 10° zu den Rohrachsen geneigt und auf den Rohrboden in unmittelbarer Nachbarschaft der Rohraußenwandun gen gerichtet. Bei dem Einschweißen der Rohre des Rohrbündels 13 in die Rohrböden 19 können die Schweißnähte entsprechend der Rohrkontur gelegt werden, d. h. als sogenannte Fenster schweißung, oder entlang der Gitterkontur der Aussparungen des Rohrbodens als sogenannte Gitterschweißung. Gegebenen falls ist es sinnvoll, im Bereich der Stege zwischen gegen überliegenden Ecken der Rechteckrohre eine Ringschweißung als zusätzliche Dichtschweißung vorzusehen oder gegebenenfalls auf die Stege der Rohrböden 19 zwischen den Rohren noch eine Schweißnaht als Decklage aufzubringen.As already mentioned, the welding of the tubes of the tube bundle 13 into the tubesheets 19 is preferably carried out as laser beam welding or as electron beam welding. If in a conventional manner, the welding is carried out so that the laser beam or electron beam, which is indicated in Fig. 7 with an arrow 26, is aligned parallel to the tube axes, so it should be ensured that in the Monta ge the tube plates 19 due deformations of the tube bottom no differences in position occur. In heat exchangers with a tube bundle 13 from a large number of tubes, often deflections and thus position displacements in larger dimensions than 0.1 mm can not be avoided. In this case, it is expedient to produce a supernatant when plugging the tube plates 19 onto the tube ends of the tube bundle 13 , as shown in FIG. 8. In this case, then the welding takes place by means of an obliquely directed laser beam or electron beam, which is indicated by the arrow 27 . The beam is inclined at a Win angle between 5 ° and 10 ° to the tube axis and directed to the tube sheet in the immediate vicinity of Rohraußenwandun conditions. When welding the tubes of the tube bundle 13 in the tube sheets 19 , the welds can be placed according to the pipe contour, ie as so-called window welding, or along the grid contour of the recesses of the tube sheet as so-called grid welding. If appropriate, it makes sense to provide in the area of the webs between opposite corners of the rectangular tubes a ring weld as additional seal welding or optionally applied to the webs of the tube plates 19 between the tubes still a weld as a cover layer.
Nachdem der Grundkörper des Wärmetauschers 11 fertiggestellt ist, d. h. nachdem das Gehäuse aus den Blechformteilen 15, 16 angebracht und angeschweißt worden ist und nachdem auch das Rohrbündel 13 in die Rohrböden 19 eingeschweißt ist, oder nachdem der Grundkörper in der erläuterten Weise mit Hilfe des einteiligen Gehäusemantels 32 nach Fig. 11 und 12 herge stellt worden ist, wird dieser Grundkörper des Wärmetauschers 11 auf ein vorgegebenes Maß abgelängt, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Dieses Ablängen erfolgt bevorzugt im Be reich der Hilfsnaht 24 mittels eines Laserschneiders. Auf grund des Ablängens im Bereich der Hilfsnähte 24 verbleibt ein dicht geschlossener Rand aus den Stirnenden der Blech formteile 15, 16 und der Wandung 20 der Rohrböden 19. An diesem Rand werden die Diffusoren 12 und 14 angesetzt. Bevorzugt werden dabei die Diffusoren 12, 14 stumpf angeschweißt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Diffusoren in den umlaufenden Rand einzustec ken oder außen auf den umlaufenden Rand aufzusetzen und dann innen mit der Wand 20 der Rohrböden 19 oder außen mit den Blechformteilen 15, 16 zu verschweißen. Die Diffusoren 12, 14 können als Gußteile, Tiefziehteile oder auch als Schweißteile hergestellt werden. Bei der Anbringung werden sie so angesetzt, dass die bei ihrer Herstellung entstandenen Toleranzen so weit ausgeglichen werden, dass die geforderten Einbaumaße für den ge samten Wärmetauscher 11 eingehalten werden.After the main body of the heat exchanger 11 is completed, that is, after the housing has been attached and welded from the sheet metal moldings 15 , 16 and after the tube bundle 13 is welded into the tube plates 19 , or after the main body in the manner explained by means of the one-piece housing shell 32 has been shown in FIGS . 11 and 12 Herge, this main body of the heat exchanger 11 is cut to a predetermined extent, as shown in FIGS. 4 and 5. This cutting is preferably carried out in Be rich the auxiliary seam 24 by means of a laser cutter. Due to the cutting in the region of the auxiliary seams 24 remains a tightly closed edge of the front ends of the sheet metal moldings 15 , 16 and the wall 20 of the tube sheets 19th At this edge, the diffusers 12 and 14 are attached. Preferably, the diffusers 12 , 14 are butt-welded, as shown in Fig. 6. However, it is also possible to einzustec the diffusers ken in the peripheral edge or put on the outside of the peripheral edge and then welded to the inside of the wall 20 of the tube sheets 19 or outside with the sheet metal moldings 15 , 16 . The diffusers 12 , 14 can be produced as castings, deep-drawn parts or as welded parts. When mounting, they are set so that the tolerances incurred in their manufacture are compensated so far that the required installation dimensions for the ge entire heat exchanger 11 are met.
Zum Bilden der Kühlmittelanschlüsse 17, 18 sind die Blechformteile 15, 16 mit nach außen gerichteten Durchzügen 28 versehen. An diese Durchzüge 28 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ein Anschlußrohr stumpf an geschweißt. Dieses Schweißen kann beispielsweise mittels einer WIG- Schweißung mit einer Orbitalschweißzange durchgeführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist das Anschlußrohr 30 mit einer umlau fenden Sicke 31 versehen und in den Durchzug 28 eingesteckt. Im Fügebe reich erfolgt ein Verschweißen. Dieses Verschweißen kann beispielsweise als WIG-Schweißung mit einem Roboter durchgeführt werden.To form the coolant connections 17 , 18 , the sheet-metal shaped parts 15 , 16 are provided with passages 28 directed outwards. At these passages 28 , a connecting pipe is butt welded in the embodiment of FIG. 9. This welding can be carried out for example by means of a TIG welding with an orbital welding gun. In the embodiment of FIG. 10, the connecting pipe 30 is provided with a umlau fenden bead 31 and inserted into the passage 28 . In the Fügebe rich welding takes place. This welding can be carried out, for example, as a TIG welding with a robot.
Für die Rohre des Rohrbündels 13 und die Rohrböden 19 wird ein hitzebe ständiger austenitischer Stahl ausgewählt, der speziell gegen in einem Ab gas enthaltene Schwefelsäure weitgehend korrosionsbeständig ist. Für die Blechformteile 15, 16 des Gehäuses wird ebenfalls ein hitzebeständiger austenitischer Stahl vorgesehen. Die Rohre des Rohrbündels 13 haben eine relativ geringe Wandstärke, beispielsweise in der Größenordnung von 0,2 mm bis 0,6 mm, da in ihrem Bereich die Wärmeübertragung zwischen dem Abgas und dem flüssigen Kühlmittel erfolgt. Die Rohrböden 19 und die Blechformteile 15, 16 oder der Gehäusemantel 32 können dagegen eine deutlich größere Wandstärke aufweisen, beispielsweise in der Größenordnung von 1 mm. Das Verschweißen der Blechformteile 15, 16 miteinander und mit den Rohrböden 19 und das Anschweißen der Diffusoren 12, 14 kann ebenfalls als Laserstrahlschweißen durchgeführt werden. Es sind aber auch andere Schweißverfahren einsetzbar, z. B. Elektronenstrahlschweißen, MIG-Schweißen, WIG-Schweißen oder auch Plasmaschweißen.For the tubes of the tube bundle 13 and the tubesheets 19 , a heat-resistant austenitic steel is selected, which is especially resistant to corrosion in a gas containing sulfuric acid from a large extent. For the sheet metal parts 15 , 16 of the housing, a heat-resistant austenitic steel is also provided. The tubes of the tube bundle 13 have a relatively small wall thickness, for example in the order of 0.2 mm to 0.6 mm, since in their area the heat transfer between the exhaust gas and the liquid coolant takes place. On the other hand, the tube plates 19 and the sheet metal shaped parts 15 , 16 or the housing jacket 32 can have a significantly greater wall thickness, for example of the order of magnitude of 1 mm. The welding of the sheet metal parts 15 , 16 with each other and with the tube plates 19 and the welding of the diffusers 12 , 14 can also be carried out as laser beam welding. But there are also other welding methods used, for. As electron beam welding, MIG welding, TIG welding or plasma welding.
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