DE29612361U1 - Cooler for gaseous or liquid media, in particular exhaust gas cooler, for an internal combustion engine - Google Patents
Cooler for gaseous or liquid media, in particular exhaust gas cooler, for an internal combustion engineInfo
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Description
Gustav Wahler GmbH u. CoGustav Wahler GmbH & Co
17. Juli 1996July 17, 1996
73730 Esslingen73730 Esslingen
Anwaltsakte 5983Attorney file 5983
Kühler für gasförmige oder flüssige -Medien, insbesondere Abgaskühler, für eine BrennkraftmaschineCoolers for gaseous or liquid media, in particular exhaust gas coolers, for an internal combustion engine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühler für gasförmige oder flüssige Medien, insbesondere Abgaskühler, für eine Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cooler for gaseous or liquid media, in particular an exhaust gas cooler, for an internal combustion engine, having the features in the preamble of claim 1.
Im Bestreben einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs einer Brennkraftmaschine und der Umweltbelastung durch diese wird erwogen, das z.B. für eine Zumischung der Ansaugluft zurückgeführte Abgas einer Brennkraftmaschine zu kühlen. Hierfür schlägt die Erfindung einen Kühler mit den Merkmalen im Anspruch 1 vor, der mit besonderem Vorzug als Abgaskühler geeignet ist. Dieser erfindungsgemäße Kühler erfordert nur einen geringen Platz. Er ist kompakt sowie ferner einfach und kostengünstig. Aufgrund der integrierten Dehnungsausgleichseinrichtung ergibt sich eine große Standfestigkeit und lange Lebensdauer. Die Dehnungsausgleichseinrichtung ist in der Lage, Wärmespannungen im Kraftfluß zwischen dem Gehäuse und dem Rohrbündel auszugleichen und auf diese Weise dadurch bedingte etwaige Schäden zu verhindern; denn das Rohrbündel unterliegt aufgrund des darin eingeführten und hindurchgeführten zu kühlenden Mediums, z.B. des Abgases einerIn an effort to reduce the fuel consumption of an internal combustion engine and the environmental impact caused by it, consideration is given to cooling the exhaust gas of an internal combustion engine, which is, for example, recirculated for mixing with the intake air. For this purpose, the invention proposes a cooler with the features in claim 1, which is particularly suitable as an exhaust gas cooler. This cooler according to the invention requires only a small amount of space. It is compact and also simple and inexpensive. Due to the integrated expansion compensation device, it is very stable and has a long service life. The expansion compensation device is able to compensate for thermal stresses in the power flow between the housing and the tube bundle and in this way prevent any damage caused by this; because the tube bundle is subject to a
Brennkraftmaschine, aufgrund recht hoher Abgastemperaturen z.B. in der Größenordnung zwischen 4000C und 5000C, hohen thermischen Belastungen, die zu Wärmedehnungen im Bereich des Rohrbündels führen. Da das Rohrbündel mit den endseitigen Rohrboden fest mit dem Gehäuse verbunden ist, können sich diese Wärmedehnungen im System normalerweise nicht ausgleichen, so daß diese im System zu Wärmespannungen zwischen dem Gehäuse einerseits und dem Rohrbündel mit Rohrböden andererseits führen. Diese Wärmespannungen werden nun durch die Dehnungsausgleichseinrichtung in einfacher und vorteilhafter Weise ausgeglichen.Internal combustion engines, due to very high exhaust gas temperatures, e.g. in the range of 400 0 C to 500 0 C, are subject to high thermal loads, which lead to thermal expansion in the area of the tube bundle. Since the tube bundle is firmly connected to the housing with the end tube plate, these thermal expansions in the system cannot normally be compensated, so that they lead to thermal stresses in the system between the housing on the one hand and the tube bundle with tube plates on the other. These thermal stresses are now compensated in a simple and advantageous manner by the expansion compensation device.
Weitere Erfindungsmerkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 16. 15Further features of the invention and advantageous embodiments emerge from claims 2 to 16. 15
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description.
Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummern darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbar zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.The full wording of the claims is not reproduced above solely to avoid unnecessary repetition, but instead reference is made to them by simply naming the claim numbers, whereby all of these claim features are to be regarded as being expressly apparent at this point and essential to the invention. All of the features mentioned in the above and following description as well as the features that can be inferred solely from the drawing are further components of the invention, even if they are not particularly highlighted and in particular are not mentioned in the claims.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing.
Fig. 1 einen schematischen axialen Längsschnitt eines Kühlers für gasförmige oderFig. 1 is a schematic axial longitudinal section of a cooler for gaseous or
flüssige Medien,liquid media,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt entlang derFig. 2 shows a schematic section along the
Linie II - II in Fig. 1. 10Line II - II in Fig. 1. 10
In der Zeichnung ist ein Kühler 10 für gasförmige oder flüssige Medien für eine Brennkraftmaschine gezeigt, der insbesondere als Abgaskühler geeignet ist. Der Kühler weist ein rohrförmiges Gehäuse 11 und in diesem ein Rohrbündel 12 auf. Das Rohrbündel 12 besteht aus mehreren zueinander und zum Gehäuse 11 im wesentlichen parallel verlaufenden Rohren 13, z.B. mit Kreisquerschnitt, die an beiden Enden offen sind und jeweils in Rohrboden 14 und 15 befestigt sind. Die Rohre 13 durchsetzen daran angepaßte Löcher im jeweiligen Rohrboden 14, 15 und stehen über letzteren endseitig über. Das Rohrbündel 12 ist im Gehäuse 11 dadurch befestigt, daß die Rohrboden 14 und jeweils dicht an der Innenseite des Gehäuses 11 befestigt sind, wobei die Rohrboden 14 und 15 den im Inneren des Gehäuses 11 zwischen den Rohren 13 und dem Gehäuse 11 gebildeten Zwischenraum 16 dicht abschließen.The drawing shows a cooler 10 for gaseous or liquid media for an internal combustion engine, which is particularly suitable as an exhaust gas cooler. The cooler has a tubular housing 11 and a tube bundle 12 in this. The tube bundle 12 consists of several tubes 13 that run essentially parallel to one another and to the housing 11, e.g. with a circular cross-section, which are open at both ends and are each fastened in tube plates 14 and 15. The tubes 13 pass through holes adapted to them in the respective tube plates 14, 15 and protrude beyond the latter at the end. The tube bundle 12 is fastened in the housing 11 by the tube plates 14 and 15 each being fastened tightly to the inside of the housing 11, with the tube plates 14 and 15 tightly sealing the gap 16 formed inside the housing 11 between the tubes 13 and the housing 11.
Das zu kühlende gasförmige oder flüssige Medium, insbesondere das Abgas einer Brennkraftmaschine, wird gemäß Pfeil 17 an einem Ende des Gehäuses 11 zugeführt und in das Innere der Rohre 13 geleitet und am anderen Ende des Gehäuses 11 gemäß Pfeil 18 aus den Rohren 13 ausgeleitet und abgeführt.The gaseous or liquid medium to be cooled, in particular the exhaust gas of an internal combustion engine, is supplied at one end of the housing 11 according to arrow 17 and guided into the interior of the pipes 13 and is guided out of the pipes 13 at the other end of the housing 11 according to arrow 18 and discharged.
Dag Kühlmedium, das zum Kühlen des die Rohre 13 passierenden Mediums dient, insbesondere eine Kühlflüssigkeit,Dag cooling medium which serves to cool the medium passing through the pipes 13, in particular a cooling liquid,
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vorzugsweise die Kühlflüssigkeit des Kühlsystems einerpreferably the coolant of the cooling system of a
Brennkraftmaschine, wird quer zum Rohrbündel 13 an einem Endbereich des Zwischenraumes 16 gemäß Pfeil 19 in diesen eingeleitet und am anderen Endbereich des Zwischenraumes 16 gemäß Pfeil 20 aus diesem abgeleitet. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist für das zu kühlende Medium und das Kühlmedium auch eine gegensinnige Führung möglich, bei der statt des gezeigten Gleichlaufprinzips ein Gegenlaufprinzip verwirklicht ist. 10Internal combustion engine, is introduced transversely to the tube bundle 13 at one end of the intermediate space 16 according to arrow 19 and is discharged from the intermediate space 16 at the other end according to arrow 20. In another embodiment, not shown, it is also possible for the medium to be cooled and the cooling medium to be guided in opposite directions, in which a counter-rotation principle is implemented instead of the synchronous principle shown. 10
Im Kraftfluß zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 11 und dem Rohrbündel 12 ist eine Dehnungsausgleichseinrichtung 21 angeordnet, die dem Ausgleich von Wärmedehnungen zwischen dem Gehäuse 11 und dem Rohrbündel 12 dient. Diese Dehnungsausgleichseinrichtung 21 wirkt im einzelnen folgendermaßen. In das Innere der Rohre 13 wird gemäß Pfeil 17 das zu kühlende Medium, insbesondere Abgas, z.B. mit einer Temperatur etwa zwischen 4000C und 5000C eingeleitet. In den inneren Zwischenraum 16 zwischen dem Rohrbündel 12 und dem Gehäuse 11 wird in Pfeilrichtung 19 ein Kühlmedium, z.B. Kühlwasser des Kühlsystems einer Brennkraftmaschine, eingeleitet, das z.B. eine Temperatur von etwa 8O0C aufweist. Aufgrund der recht hohen Temperaturen unterliegt das Rohrbündel 12 relativ starken Wärmedehnungen. Da das Rohrbündel 12 über die beidendigen Rohrböden 14 und 15 fest mit dem Gehäuse 11 verbunden ist, ergeben sich normalerweise im Kraftfluß dieses Systems Wärmespannungen. Mittels der Dehnungsausgleichseinrichtung 21 werden nun diese Wärmespannungen zumindest weitestgehend ausgeglichen.An expansion compensation device 21 is arranged in the power flow between the tubular housing 11 and the tube bundle 12, which serves to compensate for thermal expansion between the housing 11 and the tube bundle 12. This expansion compensation device 21 works in detail as follows. The medium to be cooled, in particular exhaust gas, e.g. at a temperature of approximately between 400 0 C and 500 0 C, is introduced into the interior of the tubes 13 according to arrow 17. A cooling medium, e.g. cooling water from the cooling system of an internal combustion engine, which has a temperature of approximately 80 0 C, is introduced into the inner space 16 between the tube bundle 12 and the housing 11 in the direction of arrow 19. Due to the relatively high temperatures, the tube bundle 12 is subject to relatively strong thermal expansion. Since the tube bundle 12 is firmly connected to the housing 11 via the two-ended tube plates 14 and 15, thermal stresses normally arise in the power flow of this system. By means of the expansion compensation device 21, these thermal stresses are now at least largely compensated.
Die Dehnungsausgleichseinrichtung 21 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel im Kraftfluß des rohrförmigen Gehäuses 11 angeordnet. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel hingegen befindet sich die Dehnungsausgleichseinrichtung z.B. im Bereich zwischen den Rohrböden 14, IS einerseits und dem Gehäuse 11 andererseits oderIn the embodiment shown, the expansion compensation device 21 is arranged in the force flow of the tubular housing 11. In another embodiment not shown, however, the expansion compensation device is located e.g. in the area between the tube plates 14, IS on the one hand and the housing 11 on the other hand or
-&dgr;-statt
dessen auch im Kraftfluß des Rohrbündels 12.-&dgr;-instead of
which also affects the power flow of the tube bundle 12.
Die Dehnungsausgleichseinrichtung 21 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Teil des rohrförmigen Gehäuses 11 ausgebildet und hierbei vorzugsweise als mit dem rohrförmigen Gehäuse 11 einstückiges Teil ausgebildet.In the embodiment shown, the expansion compensation device 21 is designed as a part of the tubular housing 11 and is preferably designed as a part that is integral with the tubular housing 11.
Bei einem anderen, nicht gezeigten Äusführungsbeispiel stellt die Dehnungsausgleichseinrichtung 21 ein eigenständiges Bauteil dar, das z.B. in den Rohrverlauf des rohrförmigen Gehäuses 11 eingesetzt und mit diesem dicht und fest verbunden ist.In another embodiment, not shown, the expansion compensation device 21 represents an independent component which is, for example, inserted into the pipe run of the tubular housing 11 and is tightly and firmly connected to it.
Die Dehnungsausgleichseinrichtung 21 ist als Wellrohrabschnitt 22 ausgebildet, der einzelne in axialen Abständen aufeinanderfolgende, ringförmige Wellen 23 mit einander abwechselnden Wellenbergen 2 4 und Wellentälern 25 aufweist. Dieser Wellrohrabschnitt 22 ist derart einstückiger Teil des rohrförmigen Gehäuses 11, daß die Wellen 23 aus dem Rohrwandungsmaterial des Gehäuses 11 geformt sind.The expansion compensation device 21 is designed as a corrugated pipe section 22, which has individual, axially spaced, successive, annular waves 23 with alternating wave crests 24 and wave troughs 25. This corrugated pipe section 22 is an integral part of the tubular housing 11 in such a way that the waves 23 are formed from the pipe wall material of the housing 11.
Das zu kühlende Medium, insbesondere Abgas einer Brennkraftmaschine, wird in Pfeilrichtung 17 koaxial zum Gehäuse 11 zugeführt und in gleicher Weise gemäß Pfeil 18 abgeführt. Das Gehäuse 11 weist für die Einleitung des Kühlmediums gemäß Pfeil 19 und für die Ableitung dieses gemäß Pfeil 20 jeweils radial zum Gehäuse 11 gerichtete Anschlußstutzen 26 bzw. 27 auf.The medium to be cooled, in particular exhaust gas from an internal combustion engine, is supplied coaxially to the housing 11 in the direction of arrow 17 and discharged in the same way according to arrow 18. The housing 11 has connection pieces 26 and 27, respectively, directed radially to the housing 11 for the introduction of the cooling medium according to arrow 19 and for the discharge of the same according to arrow 20.
Das Gehäuse 11 und/oder das Rohrbündel 12 mit den beidendigen Rohrboden 14 und 15 bestehen aus Metall, vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Metall, z.B. aus V2A. Sämtliche Komponenten sind zweckmäßigerweise durch Schutzgaslötung, insbesondere Hartlöten im Ofen, miteinander fest verbunden. So sind die Rohrboden 14 und 15 an den Rohren 13 durch Hartlöten oder statt dessen auch durchThe housing 11 and/or the tube bundle 12 with the tube plates 14 and 15 at both ends are made of metal, preferably of a corrosion-resistant metal, e.g. V2A. All components are expediently firmly connected to one another by shielding gas soldering, in particular brazing in the furnace. The tube plates 14 and 15 are thus connected to the tubes 13 by brazing or alternatively by
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Schweißen befestigt. Mit ihrem Außenrand sind die Rohrboden 14, 15 an der Innenseite des Gehäuses 11 gleichermaßen durch Hartlöten oder Schweißen befestigt. Die beiden Anschlußstutzen 26 und 27 sind am Gehäuse 11 gleichermaßen durch Hartlöten oder Schweißen befestigt.Welding. The outer edge of the tube sheets 14, 15 is equally fastened to the inside of the housing 11 by brazing or welding. The two connecting pieces 26 and 27 are equally fastened to the housing 11 by brazing or welding.
An jedem Ende des rohrförmigen Gehäuses 11 befindet sich ein am Gehäuse 11 befestigtes Anschlußglied 28 bzw. 29, z.B. ein jeweiliger Anschlußflansch. Diese Anschlußglieder 28, 29 übergreifen mit einem passenden Rohrabschnitt 30 bzw. 31 das jeweilige Ende des Gehäuses 11 außen und sind an dem Gehäuse 11 in diesem Bereich ebenfalls durch Hartlöten oder Schweißen befestigt.At each end of the tubular housing 11 there is a connecting element 28 or 29 attached to the housing 11, e.g. a respective connecting flange. These connecting elements 28, 29 overlap the respective end of the housing 11 on the outside with a suitable pipe section 30 or 31 and are also attached to the housing 11 in this area by brazing or welding.
1^ Aufgrund der Dehnungsausgleichseinrichtung 21 ist trotz der hohen und dabei unterschiedlichen Temperaturen des zu kühlenden Mediums und des Kühlmediums eine gute Haltbarkeit und lange Lebensdauer gewährleistet. Dabei ist der Kühler 10 bei relativ großer Kühlleistung kompakt mit nur geringem Platzbedarf. Er bedingt einen relativ geringen Aufwand und ist somit kostengünstig. 1 ^ Due to the expansion compensation device 21, good durability and a long service life are ensured despite the high and different temperatures of the medium to be cooled and the cooling medium. The cooler 10 is compact and requires only a small amount of space despite its relatively high cooling capacity. It requires relatively little effort and is therefore cost-effective.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19961010 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20000211 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20021202 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20041126 |
|
R071 | Expiry of right |