EP0772018A2 - Wärmeübertrager zum Kühlen von Abgas - Google Patents

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EP0772018A2
EP0772018A2 EP96115729A EP96115729A EP0772018A2 EP 0772018 A2 EP0772018 A2 EP 0772018A2 EP 96115729 A EP96115729 A EP 96115729A EP 96115729 A EP96115729 A EP 96115729A EP 0772018 A2 EP0772018 A2 EP 0772018A2
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
exchanger according
sheet metal
welded
metal jacket
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EP96115729A
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English (en)
French (fr)
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EP0772018B1 (de
EP0772018A3 (de
Inventor
Herbert Dr.-Ing. Damsohn
Conrad Dr.-Ing. Pfender
Thomas Dipl.-Ing. Karbach (Th)
Jan Wenzelburger
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0772018A3 publication Critical patent/EP0772018A3/de
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    • Y10T29/49391—Tube making or reforming

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for cooling exhaust gas from an internal combustion engine with a plurality of channels for guiding the exhaust gas, which are provided with tabs arranged in pairs at an angle to the flow direction, projecting from at least one wall of the channels, and a liquid cooling medium flows around the outside.
  • the channels are formed from disk-shaped heat exchange elements, between each of which a turbulence insert is arranged, which has the tabs arranged in pairs at an angle to the flow direction.
  • This heat exchanger known from DE-U 94 06 197.1 fulfills the task placed on it in a satisfactory manner.
  • the invention has for its object to provide a heat exchanger of the type mentioned, which can be produced in different sizes with essentially the same structure is, with not too high dimensional tolerances have to be maintained for the individual components.
  • a bundle of rectangular tubes is provided as channels for the exhaust gas, the ends of which are welded into grid-shaped tube sheets, that the bundle of rectangular tubes is surrounded by a sheet metal jacket which follows the contour of the bundle which enters with a cooling medium and is provided with a cooling medium outlet and which is welded to the tube sheets, and that the ends of the sheet metal jacket are provided with welded-on flange plates, each of which is open to the bundle of rectangular tubes by means of a central opening and which are provided with fastening means for fastening to tube pieces of an exhaust pipe .
  • the welded heat exchanger according to the invention essentially consists of sheet metal components that can be manufactured in a simple manner.
  • the welding is preferably carried out as laser welding or micro TIG welding.
  • the grid-shaped tube sheets which are stamped from sheet steel of approximately 1 mm to 3 mm in thickness, have openings in accordance with the number and arrangement of the rectangular tubes.
  • the distances between the rectangular tubes and thus the web width of the tube base varies depending on the mass flow of the coolant and is also on the order of 1 mm to 3 mm.
  • the outer contour of the tube sheets results from the number and arrangement of the flat tubes.
  • the sheet metal jacket is also produced in a simple manner from a steel sheet which has a sheet thickness similar to that of the tube sheets.
  • the sheet metal jacket can be folded in steps according to the contour of the tube sheets in a simple manner.
  • the flange plates provided with fastening means allow the heat exchanger to be arranged in a simple manner between two pipe sections of an exhaust pipe, for example in a manner similar to the arrangement of a catalytic converter.
  • the rectangular tubes are each formed from two tube shells welded together.
  • the pair of tabs can be attached directly to the rectangular tube or be part of this rectangular tube. However, they can also be part of inserts arranged in the rectangular tubes.
  • the flange plates are provided with threaded sleeves in essentially diametrically opposite areas. A screw connection with a counter flange of a pipe section of an exhaust pipe is thereby possible in a simple manner.
  • the sheet metal jacket is provided with a cooling medium inlet in the vicinity of the front flange plate in the flow direction of the exhaust gas and with a cooling medium outlet in the vicinity of the rear flange plate. This initially ensures that the cooling medium is passed in direct current to the exhaust gas through the heat exchanger. This ensures that the risk of steam formation on the inlet side of the exhaust gas is reduced since the cooling medium has the relatively lowest temperature here.
  • the cooling medium inlet and the cooling medium outlet are arranged on opposite sides of the sheet metal jacket. Because of this arrangement, the flow paths of the individual flow paths for the cooling medium around the rectangular tubes are essentially of the same length, so that a uniform flow around these rectangular tubes is ensured.
  • the sheet metal jacket is composed of two preformed sheet metal shells which are joined to the tube sheets by means of joint connections connect. After welding, the two sheet metal shells result in a rigid and pressure-resistant housing.
  • the provision of joint connections has the advantage that the elements to be welded have a certain degree of cohesion before welding, so that the welding process can be carried out relatively easily.
  • the flange plates connect to the sheet metal jacket by means of joint connections. It is also provided for the same purpose that the threaded sleeves connect to the flange plates by means of a joint connection. The welding process can thus be carried out relatively easily.
  • the heat exchanger shown in Figures 1 and 2 has a bundle of flat tubes (10) which have a wall thickness in the area have from 0.3mm to 0.4mm.
  • the ends of the rectangular tubes (10) are inserted into the tubular tube plates (11) and welded to them.
  • Such a tube sheet (11), which serves to hold 16 rectangular tubes, is shown in FIG. 7, for example.
  • These tube sheets (11) are punched from a steel sheet which has a sheet thickness in the order of 1 mm to 3 mm.
  • the webs between the openings which serve to receive the flat tubes have a width which corresponds approximately to the wall thickness of the rectangular tubes (10).
  • the arrangement of the openings and thus the webs of the tube sheets (11) is selected so that a circular or oval cross section is obtained in rough approximation.
  • the webs comprising the external rectangular tubes also have the same web width, so that the outer contour of the tube sheets corresponds to the contour of the tube bundle - increased by the web width.
  • the tube sheets (11) are welded into the ends of a sheet metal jacket (12), which is also indicated by dashed lines in FIG. 7.
  • the sheet metal jacket (12) consists of two half-shells made of sheet steel, which has a thickness which essentially corresponds to the thickness of the tube sheets (11).
  • the half-shells are shaped according to the outer contour of the tube sheets (11), for example edged or by means of a high-pressure forming process.
  • the two half-shells of the sheet metal jacket (12) are connected to one another by means of longitudinal weld seams (13).
  • the tube sheets (11) are provided with a total of four somewhat widened lugs (14), which are assigned corresponding recesses at the end of the two half-shells of the sheet metal jacket (12), so that a joint connection is hereby created.
  • Flange plates (15) are welded to the two ends of the sheet metal jacket (12), which are also stamped from sheet metal and have a sheet thickness similar to the sheet thickness of the tube sheets (11).
  • the flange plates (15) are in two diametrically opposite areas laterally over the contour of the Sheet metal over. In this area, the sheet metal jacket (12) is extended in the axial direction beyond the tube sheets (11) and inserted with these extended approaches into slot-shaped recesses (17) in the flange sheets (15). In this area, welding takes place from the outside of the flange plates (15), while in the remaining area, welding is provided from the other side.
  • the flange plates (15) have a central, preferably circular recess (18), the dimensions of which correspond to the preceding and following pipe sections, not shown, of an exhaust system or exhaust system of a vehicle.
  • the flange plates (15) are provided with threaded sleeves (19, 20) in the diametrically opposite regions which project outwardly beyond the sheet metal jacket (12).
  • the threaded sleeves (19) are inserted with an annular collar located on their open side into bores in the flange plates (15) and welded to them from the respective outside of the flange plates (15).
  • the threaded sleeves (19) In the area of their closed side, the threaded sleeves (19) have an annular collar with which they are inserted into a retaining web (21). This retaining web (21) is welded to the threaded sleeves (19) and the sheet metal jacket (12).
  • the connecting pipe (24) and the threaded sleeve (20) are each welded to one another with a weld seam (25).
  • the outside of the weld seam (25) is ground off.
  • a lateral recess (26) is then milled into the connecting pipe (24).
  • the threaded sleeves (20) are welded with their ring collar (23) into recesses in the flange plates (15) and with welded the flange plates (15).
  • the connecting pipes (24) are additionally welded to the sheet metal jacket by means of retaining webs (27).
  • the respective outer edges of the holding webs (27) run tangentially to the connecting pipe (24) to a flat surface of the sheet metal jacket. They are covered by welded cover plates (28) which are welded to the sheet metal jacket (12), the retaining webs (27), the connecting pipe (24), the threaded sleeves (20) and the flange plate (15).
  • a kind of water box is thus formed in the area of the cutouts (26) between the holding webs (27) and the flange sheets (15), in the area of which the sheet metal jacket is provided with an inlet opening.
  • the connecting pipes (24) and the associated water boxes are on opposite sides of the sheet metal jacket, so that an approximately Z-shaped flow path is created for the cooling medium indicated by the arrows (29).
  • This flow path has approximately the same flow path in the area of all rectangular tubes (10), so that there is a very good and uniform flow around the rectangular tubes (10).
  • the coolant inlet in FIG. 1 above is arranged on the side on which the exhaust gas indicated by the arrow (30) is also located, while the coolant outlet is located on the side indicated by the arrow ( 31) indicated outlet side of the exhaust gas. The cooling medium and the exhaust gas thus flow in cocurrent within the heat exchanger.
  • the rectangular tubes are provided with tabs (32) which are arranged in pairs and project inwardly from opposite walls and which are arranged obliquely to the flow direction of the exhaust gas that they diverge from a narrowest point at an angle of about 40 °.
  • the rectangular tubes are each welded together from two tube shells (10 ') which are welded together on their narrow sides.
  • the pipe shells have a sheet thickness of about 0.3mm to 0.4mm.
  • the tabs (32) have approximately the same thickness and a length of about ten times their sheet thickness. They diverge from a narrowest point at which they are about 1.2 mm apart at an angle of 40 °.
  • the height of the tabs (32) is about a quarter to a third of the total height of the flat tubes.
  • the tube halves (10 ') are provided with slots into which the tabs (32) are inserted and then welded to the tube halves (10').
  • the tabs (32) can be provided on their side facing the tube halves (10 ') with one or more elevations, so that they are welded to the tube halves (10') using the known stud welding technique, so that the Tight welding is not necessary.
  • the tabs (32) of the two tube halves are arranged opposite one another.
  • the tabs (32) of the two tube halves (10 ') are arranged off-center such that the tabs (32) of the upper tube half and the lower tube half (10') are offset in the transverse direction to one another.
  • the distance between the tabs (32) in the flow direction of the exhaust gas is approximately 30 mm.
  • the tabs (32 ') are each formed out of the tube half (10') by deep drawing and compression. This eliminates the need for a welding process, particularly sealing welding in the area of the tabs (32 ').
  • Fig. 4a it is further shown that the tube half (10 ') is provided with an outward button-like shape (33).
  • a component which is a folded sheet metal part (34) which forms pairs of tabs (35).
  • This component (34) can be attached to the tube halves (10 ') in the region of the web connecting the tabs (35) by means of spot welding. This also eliminates sealing welding.
  • the web of the component (34) connecting the tabs (35) is provided with tabs bent to the opposite side, which are inserted and welded into slots in the tube half (10 ') and which protrude outwards to form spacers to the adjacent rectangular tubes (10).
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of rectangular tubes which are formed from two tube halves (36) divided in the longitudinal direction in the region of the larger walls.
  • a sheet (37) is inserted into the two tube halves (36), which is deformed into S-shaped and Z-shaped, successive sections.
  • the parts running parallel to the longer walls of the tube half (36) are provided with pairs of tabs (38) which are arranged and designed in accordance with the explanations for FIGS. 3a and 3b.
  • the tube halves (36) are connected to one another by laser welding or micro TIG welding, the inserted sheet metal (37) being fixed with the aid of a through-welding.
  • the tube halves (10 ') are first provided with the tabs (32, 32', 35 or 38) and then welded together.
  • the rectangular tubes thus formed are provided with the tube sheets (11) punched out in a lattice shape, after which the ends of the rectangular tubes (10) are welded to the tube sheets.
  • the two profiled sheet metal shells of the sheet metal jacket (12) the ones with prepared inlet openings and outlet openings are provided for the cooling medium, attached to the tube sheets (11) and welded to them.
  • the flange plates (15) are then attached and welded to the sheet metal jacket (12).
  • the prepared threaded sleeves (19, 20) are then attached to the flange sheets and welded to them, and welded to the sheet metal jacket (12) by means of the holding webs (21, 27). Then the cover plates (28) are attached, which are welded to the retaining webs (27), the sheet metal jacket (12), the connecting pipes (24), the threaded sleeves (20) and the flange plates (15) in such a way that a type of water tank is formed.

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Abstract

Bei einem Wärmeübertrager zum Kühlen von Abgas, die außen mit einem flüssigen Kühlmedium umströmt sind, ist als Kanäle für das Abgas ein Bündel von Rechteckrohren (10) vorgesehen, deren Enden in Rohrböden (11) eingeschweißt sind. Das Bündel von Rechteckrohren (10) ist mit einem Blechmantel (12) umgeben, der der Kontur des Bündels folgt und der mit einem Kühlmediumeintritt und einem Kühlmediumaustritt versehen ist. Die Enden des Blechmantels sind mit angeschweißten Flanschblechen (15) versehen, die jeweils mittels einer zentralen Öffnung (18) zu dem Bündel von Rechteckrohren offen sind und die mit Befestigungsmitteln (19) zum Befestigen an Rohrstücken einer Abgasleitung versehen sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager zum Kühlen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Kanälen zum Führen des Abgases, die mit schräg zur Strömungsrichtung paarweise angeordneten, von Wenigstens einer Wand der Kanäle abragenden Laschen versehen und außen mit einem flüssigen Kühlmedium umströmt sind.
  • Bei einem bekannten Wärmeübertrager der eingangs genannten Art sind die Kanäle aus scheibenförmigen Wärmetauschelementen gebildet, zwischen denen jeweils eine Turbulenzeinlage angeordnet ist, die die schräg zur Strömungsrichtung verlaufenden, paarweise angeordneten Laschen aufweist. Dieser aus dem DE-U 94 06 197.1 bekannte Wärmeübertrager erfüllt die an ihn gestellte Aufgabe in befriedigender Weise. Es erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand, Wärmeübertrager unterschiedlicher Baugröße für verschiedene Fahrzeuge zu realisieren, da dann die einzelnen Elemente maßgenau in den unterschiedlichen Größen gefertigt werden müssen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei im wesentlichen gleichem Aufbau in unterschiedlichen Größen herstellbar ist, wobei für die einzelnen Bauelemente keine allzu hohen Maßtoleranzen eingehalten werden müssen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Kanäle für das Abgas ein Bündel von Rechteckrohren vorgesehen ist, deren Enden in gitterförmige Rohrböden eingeschweißt sind, daß das Bündel von Rechteckrohren mit einem Blechmantel umgeben ist, der der Kontur des Bündels folgt, der mit einem Kühlmediumeintritt und mit einem Kühlmediumaustritt versehen ist und der mit den Rohrböden verschweißt ist, und daß die Enden des Blechmantels mit angeschweißten Flanschblechen versehen sind, die jeweils mittels einer zentralen Öffnung zu dem Bündel von Rechteckrohren offen sind und die mit Befestigungsmitteln zum Befestigen an Rohrstücken einer Abgasleitung versehen sind.
  • Der erfindungsgemäße geschweißte Wärmeübertrager besteht im wesentlichen aus Blechbauteilen, die in einfacher Weise hergestellt werden können. Das Schweißen wird bevorzugt als Laserschweißen oder Mikro-WIG-Schweißen durchgeführt. Die gitterförmigen Rohrböden, die aus Stahlblech von etwa 1mm bis 3mm Dicke gestanzt werden, weisen entsprechend der Anzahl und Anordnung der Rechteckrohre Durchbrüche auf. Die Abstände der Rechteckrohre und damit die Stegbreite des Rohrbodens variiert je nach Massenstrom des Kühlmittels und liegt ebenfalls in der Größenordnung zwischen 1mm und 3mm. Die Außenkontur der Rohrböden ergibt sich aus der Anzahl und der Anordnung der Flachrohre. Der Blechmantel wird ebenfalls in einfacher Weise aus einem Stahlblech hergestellt, das eine den Rohrböden ähnliche Blechdicke aufweist. Der Blechmantel kann in Stufen entsprechend der Kontur der Rohrböden in einfacher Weise gekantet werden. Die mit Befestigungsmitteln versehenen Flanschbleche erlauben in einfacher Weise eine Anordnung des Wärmetauschers zwischen zwei Rohrstücken einer Abgasleitung, beispielsweise in ähnlicher Weise wie die Anordnung eines Katalysators.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Rechteckrohre jeweils aus zwei miteinander verschweißten Rohrschalen gebildet werden. Die paarweise vorhandenen Laschen können unmittelbar an dem Rechteckrohr befestigt oder Bestandteil dieses Rechteckrohres sein. Sie können jedoch auch Bestandteil von in den Rechteckrohren angeordneten Einlagen sein.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die Flanschbleche in einander im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Bereichen mit Gewindehülsen versehen sind. Dadurch ist in einfacher Weise eine Verschraubung mit einem Gegenflansch eines Rohrstückes einer Abgasleitung möglich.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Blechmantel in der Nähe des in Strömungrichtung des Abgases vorderen Flanschbleches mit einem Kühlmediumeintritt und in der Nähe des hinteren Flanschbleches mit einem Kühlmediumaustritt versehen ist. Damit wird zunächst erreicht, daß das Kühlmedium im Gleichstrom zum Abgas durch den Wärmeübertrager geleitet wird. Damit wird erreicht, daß die Gefahr der Dampfbildung an der Eintrittsseite des Abgases verringert ist, da hier das Kühlmedium die relativ niedrigste Temperatur aufweist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Kühlmediumeintritt und der Kühlmediumaustritt auf gegenüberliegenden Seiten des Blechmantels angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung sind die Strömungswege der einzelnen Strompfade für das Kühlmedium um die Rechteckrohre herum im wesentlichen gleich lang, so daß eine gleichmäßige Umströmung dieser Rechteckrohre gewährleistet ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Blechmantel aus zwei vorgeformten Blechschalen zusammengesetzt ist, die mittels Fügeverbindungen an die Rohrböden anschließen. Die beiden Blechschalen ergeben nach dem Verschweißen ein steifes und druckfestes Gehäuse. Das Vorsehen von Fügeverbindungen hat den Vorteil, daß die zu verschweißenden Elemente bereits vor dem Schweißen einen gewissen Zusammenhalt aufweisen, so daß der Schweißvorgang relativ einfach durchgeführt werden kann.
  • Zu dem gleichen Zweck wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Flanschbleche mittels Fügeverbindungen an dem Blechmantel anschließen. Ferner wird zu dem gleichen Zweck vorgesehen, daß die Gewindehülsen mittels einer Fügeverbindung an die Flanschbleche anschließen. Damit läßt sich der Schweißvorgang relativ einfach durchführen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen und den Unteransprüchen.
    • Fig. 1
    zeigt eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
    Fig. 2
    eine Ansicht auf den Wärmeübertrager der Fig. 1 in axialer Richtung,
    Fig. 3a bis Fig. 6
    verschiedene Lösungen zum Anbringen von paarweise angeordneten Laschen im Inneren von Rechteckrohren,
    Fig. 7
    eine Axialansicht auf einen gitterförmigen Rohrboden mit nur angedeutetem Blechmantel, und
    Fig. 8
    einen axialen Schnitt durch eine Gewindehülse und ein Anschlußrohr für einen Kühlmediumeintritt oder einen Kühlmediumaustritt.
  • Der in Figur 1 und 2 dargestellte Wärmeübertrager besitzt ein Bündel von Flachrohren (10), die eine Wandstärke in der Gegend von 0,3mm bis 0,4mm aufweisen. Die Enden der Rechteckrohre (10) sind in gitterförmige Rohrböden (11) eingesteckt und mit diesen verschweißt. Ein derartiger Rohrboden (11), der zur Aufnahme von 16 Rechteckrohren dient, ist beispielsweise in Fig. 7 dargestellt. Diese Rohrböden (11) sind aus einem Stahlblech gestanzt, das eine Blechdicke in der Größenordnung von 1mm bis 3mm aufweist. Die Stege zwischen den Durchbrüchen, die zur Aufnahme der Flachrohre dienen, besitzen eine Breite, die etwa der Wanddicke der Rechteckrohre (10) entspricht. Die Anordnung der Durchbrüche und damit der Stege der Rohrböden (11) ist so gewählt, daß in grober Annäherung ein kreisförmiger oder ovaler Querschnitt entsteht. Auch die die außenliegenden Rechteckrohre umfassenden Stege besitzen die gleiche Stegbreite, so daß die Außenkontur der Rohrböden der Kontur des Rohrbündels - vergrößert um die Stegbreite - entspricht.
  • Die Rohrböden (11) sind in die Enden eines Blechmantels (12) eingeschweißt, der auch in Fig. 7 gestrichelt angedeutet ist. Der Blechmantel (12) besteht aus zwei Halbschalen aus Stahlblech, das eine im wesentlichen der Dicke der Rohrböden (11) entsprechende Dicke aufweist. Die Halbschalen sind entsprechend der Außenkontur der Rohrböden (11) geformt, beispielsweise gekantet oder mittels eines Hochdruckumformverfahrens. Die beiden Halbschalen des Blechmantels (12) sind mittels Längsschweißnähten (13) miteinander verbunden. Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, sind die Rohrböden (11) mit insgesamt vier etwas verbreiterten Ansätzen (14) versehen, denen entsprechende Aussparungen am Ende der beiden Halbschalen des Blechmantels (12) zugeordnet sind, so daß hiermit eine Fügeverbindung geschaffen ist.
  • An den beiden Enden des Blechmantels (12) sind Flanschbleche (15) angeschweißt, die ebenfalls aus Blech gestanzt sind und die eine Blechdicke ähnlich der Blechdicke der Rohrböden (11) aufweisen. Die Flanschbleche (15) stehen in zwei diametral gegenüberliegenden Bereichen seitlich über die Kontur des Blechmantels über. In diesem Bereich ist der Blechmantel (12) in axialer Richtung über die Rohrböden (11) hinaus verlängert und mit diesen verlängerten Ansätzen in schlitzförmige Aussparungen (17) der Flanschbleche (15) eingesteckt. In diesem Bereich erfolgt eine Verschweißung von der Außenseite der Flanschbleche (15) her, während im übrigen Bereich eine Verschweißung von der anderen Seite her vorgesehen ist.
  • Wie insbesondere aus Figur 2 zu ersehen ist, besitzen die Flanschbleche (15) eine mittlere, vorzugsweise kreisförmige Aussparung (18), deren Abmessung den vorausgehenden und nachfolgenden, nicht dargestellten Rohrstücken einer Abgasanlage oder Auspuffanlage eines Fahrzeuges entspricht.
  • In den diametral gegenüberliegenden, nach außen über den Blechmantel (12) überstehenden Bereichen sind die Flanschbleche (15) mit Gewindehülsen (19, 20) versehen. Die Gewindehülsen (19) sind mit einem auf ihrer offenen Seite befindlichen Ringbund in Bohrungen der Flanschbleche (15) eingesteckt und von der jeweiligen Außenseite der Flanschbleche (15) aus mit diesen verschweißt. Im Bereich ihrer geschlossenen Seite besitzen die Gewindehülsen (19) einen Ringbund, mit dem sie in einen Haltesteg (21) eingesteckt sind. Dieser Haltesteg (21) ist mit den Gewindehülsen (19) und dem Blechmantel (12) verschweißt.
  • Die in Fig. 8 dargestellten Gewindehülsen (20), die auf ihrer offenen, den Flanschblechen (15) zugeordneten Seite mit einem Ringbund (22) versehen sind, sind auch auf ihrer geschlossenen Seite mit einem Ringbund (23) versehen, mit welchem sie jeweils in ein Anschlußrohr (24) eingesteckt sind. Das Anschlußrohr (24) und die Gewindehülse (20) sind jeweils mit einer Schweißnaht (25) miteinander verschweißt. Die Außenseite der Schweißnaht (25) wird abgeschliffen. Danach wird in das Anschlußrohr (24) eine seitliche Aussparung (26) eingefräst. Die Gewindehülsen (20) werden mit ihrem Ringbund (23) in Aussparungen der Flanschbleche (15) eingeschweißt und mit den Flanschblechen (15) verschweißt. Die Anschlußrohre (24) sind zusätzlich mittels Haltestegen (27) an dem Blechmantel angeschweißt. Die jeweiligen Außenkanten der Haltestege (27) verlaufen tangential zu dem Anschlußrohr (24) zu einer ebenen Fläche des Blechmantels. Sie werden von angeschweißten Abdeckblechen (28) abgedeckt, die an dem Blechmantel (12), den Haltestegen (27), dem Anschlußrohr (24), den Gewindehülsen (20) und dem Flanschblech (15) angeschweißt sind. Damit wird im Bereich der Aussparungen (26) zwischen den Haltestegen (27) und den Flanschblechen (15) eine Art Wasserkasten gebildet, in dessen Bereich der Blechmantel mit einer Eintrittsöffnung versehen ist.
  • Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, liegen die Anschlußrohre (24) und die damit verbundenen Wasserkästen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Blechmantels, so daß ein etwa Z-förmiger Strömungspfad für das mit den Pfeilen (29) angedeutete Kühlmedium geschaffen wird. Dieser Strömungspfad hat im Bereich aller Rechteckrohre (10) annähernd den gleichen Strömungsweg, so daß sich eine sehr gute und gleichmäßige Umströmung der Rechteckrohre (10) ergibt. Wie aus Fig. 1 weiter zu ersehen ist, ist der Kühlmitteleintritt (in Fig. 1 oben) auf der Seite angeordnet, auf der auch der Eintritt des mit dem Pfeil (30) angedeuteten Abgases liegt, während der Kühlmittelaustritt auf der mit dem Pfeil (31) angedeuteten Austrittsseite des Abgases liegt. Das Kühlmedium und das Abgas strömen somit im Gleichstrom innerhalb des Wärmeübertragers.
  • Wie in Fig. 1 zu ersehen ist und wie in Fig. 3 bis 6 näher erläutert werden wird, sind die Rechteckrohre mit paarweise angeordneten, nach innen jeweils von gegenüberliegenden Wänden abragenden Laschen (32) versehen, die schräg zur Strömungsrichtung des Abgases derart angeordnet sind, daß sie von einer engsten Stelle unter einem Winkel von etwa 40° auseinanderlaufen. Die Rechteckrohre werden jeweils aus zwei Rohrschalen (10') zusammengeschweißt, die an jeweils ihren Schmalseiten miteinander verschweißt sind. Die Rohrschalen haben eine Blechstärke von etwa 0,3mm bis 0,4mm. Die Laschen (32) haben annähernd die gleiche Stärke und eine Länge von etwa dem Zehnfachen ihrer Blechstärke. Sie laufen von einer engsten Stelle, an der sie einen Abstand von etwa 1,2mm haben, unter einem Winkel von 40° auseinander. Die Höhe der Laschen (32) beträgt etwa ein Viertel bis ein Drittel der Gesamthöhe der Flachrohre. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a, 3b sind die Rohrhälften (10') mit Schlitzen versehen, in welche die Laschen (32) eingesteckt und danach mit den Rohrhälften (10') verschweißt sind. Um das Dichtschweißen zu vermeiden, können die Laschen (32) auf ihrer den Rohrhälften (10') zugewandten Seite mit einer oder mehreren Erhöhungen versehen sein, so daß sie mit der bekannten Bolzenschweißtechnik an die Rohrhälften (10') angeschweißt sind, so daß das Dichtschweißen entfällt.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a, 3b sind die Laschen (32) der beiden Rohrhälften einander gegenüberliegend angeordnet. Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß die Laschen (32) der beiden Rohrhälften (10') außermittig derart angeordnet sind, daß die Laschen (32) der oberen Rohrhälfte und der unteren Rohrhälfte (10') in Querrichtung zueinander versetzt sind. Der Abstand der Laschen (32) in Strömungsrichtung des Abgases beträgt etwa 30mm.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4a und 4b wird vorgesehen, daß die Laschen (32') durch Tiefziehen und Zusammendrücken jeweils aus der Rohrhälfte (10') herausgeformt sind. Damit entfällt ein Schweißvorgang, insbesondere auch ein Dichtschweißen im Bereich der Laschen (32'). In Fig. 4a ist weiter dargestellt, daß die Rohrhälfte (10') mit einer nach außen gerichteten knopfartigen Ausprägung (33) versehen ist. Diese Ausprägungen (33), die jeweils in Strömungsrichtung zwischen den aufeinanderfolgenden Paaren von Laschen (32') angeordnet sind, dienen als Abstandshalter oder Abstandmittel zu jeweils dem benachbarten Rechteckrohr. Eine derartige Anordnung von Abstandshaltern hat insbesondere bei längeren Wärmeübertragern Vorteile.
  • In Fig. 5a ist ein Bauelement dargestellt, das ein gekantetes Blechteil (34) ist, das Paare von Laschen (35) bildet. Dieses Bauteil (34) kann im Bereich des die Laschen (35) verbindenden Steges mittels Punktschweißen an den Rohrhälften (10') befestigt werden. Dadurch entfällt ebenfalls ein Dichtschweißen. Bei einer abgewandelten Ausführungsform ähnlich Fig. 5a und 5b wird vorgesehen, daß der die Laschen (35) verbindende Steg des Bauteils (34) mit zur gegenüberliegende Seite abgekanteten Laschen versehen ist, die in Schlitze der Rohrhälfte (10') eingesteckt und eingeschweißt werden und die nach außen abragen, um Abstandshalter zu den benachbarten Rechteckrohren (10) zu bilden.
  • In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel von Rechteckrohren dargestellt, die aus zwei in Längsrichtung im Bereich der größeren Wände geteilten Rohrhälften (36) gebildet sind. In die beiden Rohrhälften (36) wird ein Blech (37) einlegt, das in S- und Z-förmige, aufeinanderfolgende Abschnitte verformt ist. Die jeweils parallel zu den längeren Wänden der Rohrhälfte (36) verlaufenden Teile sind mit Paaren von Laschen (38) versehen, die entsprechend den Erläuterungen zu Fig. 3a und 3b angeordnet und ausgebildet sind. Die Rohrhälften (36) werden durch Laserschweißung oder Mikro-WIG-Schweißung miteinander verbunden, wobei das eingelegte Blech (37) mit Hilfe einer Durchschweißung fixiert wird.
  • Bei der Herstellung des erläuterten Wärmeübertragers werden zunächst die Rohrhälften (10') mit den Laschen (32, 32', 35 oder 38) versehen und dann zusammengeschweißt. Die so gebildeten Rechteckrohre werden mit den gitterförmig ausgestanzten Rohrböden (11) versehen, wonach die Enden der Rechteckrohre (10) mit den Rohrböden verschweißt werden. Anschließend werden die zwei profilierten Blechschalen des Blechmantels (12), die mit vorbereiteten Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen für das Kühlmedium versehen sind, an die Rohrböden (11) angesetzt und mit diesen verschweißt. Danach werden die Flanschbleche (15) angebracht und mit dem Blechmantel (12) verschweißt. Anschließend werden die vorbereiteten Gewindehülsen (19, 20) an die Flanschbleche angesteckt und mit diesen verschweißt sowie mittels der Haltestege (21, 27) mit dem Blechmantel (12) verschweißt. Anschließend werden noch die Abdeckbleche (28) angebracht, die so mit den Haltestegen (27), dem Blechmantel (12), den Anschlußrohren (24), den Gewindehülsen (20) und den Flanschblechen (15) verschweißt werden, daß eine Art von Wasserkasten gebildet wird.

Claims (16)

  1. Wärmeübertrager zum Kühlen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl von Kanälen zum Führen des Abgases, die mit schräg zur Strömungsrichtung paarweise angeordneten, von wenigstens einer Wand der Kanäle abragenden Laschen versehen und außen mit einem flüssigen Kühlmedium umströmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kanäle für das Abgas ein Bündel von Rechteckrohren (10) vorgesehen ist, deren Enden in gitterförmige Rohrböden (11) eingeschweißt sind, daß das Bündel von Rechteckrohren mit einem Blechmantel (12) umgeben ist, der der Kontur des Bündels folgt, der mit einem Kühlmediumeintritt und einem Kühlmediumaustritt versehen ist und der mit den Rohrböden verschweißt ist, und daß die Enden des Blechmantels (12) mit angeschweißten Flanschblechen (15) versehen sind, die jeweils mittels einer zentralen Öffnung (18) zu dem Bündel von Rechteckrohren (10) offen sind und die mit Befestigungsmitteln (19, 20) zum Befestigen an Rohrstücken einer Abgasleitung versehen sind.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckrohre (10) jeweils aus zwei miteinander verschweißten Rohrhälften (10') gebildet sind.
  3. Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Rohrhälften mit Laschen (32, 32', 35) versehen ist.
  4. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (32, 35) an die Rohrhälften (10') angeschweißt sind.
  5. Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (32') mittels Tiefziehen und Pressen aus dem Material der Rohrhälften (10') herausgeformt sind.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (38) Bestandteil von in den Rechteckrohren (10) angeordneten Einlagen (37) sind.
  7. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckrohre (10) mit jeweils benachbarten Rechteckrohren zugewandten Abstandselementen (33) versehen sind.
  8. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschbleche (15) in einander im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Bereichen mit Gewindehülsen (19, 20) versehen sind.
  9. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (12) in der Nähe des in Strömungsrichtung des Abgases vorderen Flanschbleches (15) mit einem Kühlmediumeintritt und in der Nähe des hinteren Flanschbleches mit einem Kühlmediumaustritt versehen ist.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleintritt und der Kühlmittelaustritt auf gegenüberliegenden Seiten des Blechmantels (12) angeordnet sind.
  11. Wärmeübertrager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteleintritt und der Kühlmittelaustritt jeweils ein Anschlußrohr (24) enthalten, die parallel zu den Rechteckrohren (10) ausgerichtet sind und die jeweils über eine seitliche Öffnung (26) mit einer Öffnung des Blechmantels (12) verbunden sind.
  12. Wärmeübertrager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Flanschblech (15) und Haltestegen (27) im Bereich der Öffnungen (26) der Anschlußrohre (24) und des Blechmantels (12) jeweils eine Art Wasserkasten gebildet ist.
  13. Wärmeübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußrohre (24) in Verlängerung jeweils einer an ihrem hinteren Ende geschlossenen Gewindehülse (20) angeordnet sind, und daß jeweils zwischen der Gewindehülse und dem Anschlußrohr mittels sich von den Flanschblechen (15) zu den Haltestegen (27) erstreckenden Abdeckblechen (28) eine Art Wasserkasten gebildet ist.
  14. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel (12) aus zwei vorgeformten Blechschalen zusammengesetzt ist, die mittels Fügeverbindungen an die Rohrböden (11) anschließen.
  15. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschbleche (15) mittels Fügeverbindungen (17) an den Blechmantel (12) anschließen.
  16. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindehülsen (19, 20) mittels einer Fügeverbindung an die Flanschbleche (15) anschließen.
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