EP1770250B1 - Wärmetauscher für Abgasleitungen - Google Patents

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EP1770250B1
EP1770250B1 EP06020114A EP06020114A EP1770250B1 EP 1770250 B1 EP1770250 B1 EP 1770250B1 EP 06020114 A EP06020114 A EP 06020114A EP 06020114 A EP06020114 A EP 06020114A EP 1770250 B1 EP1770250 B1 EP 1770250B1
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EP
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heat exchanger
hose
jacket
corrugated hose
exchanger according
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Carlo Burkhardt
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Witzenmann GmbH
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Witzenmann GmbH
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    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for exhaust pipes and a method for its production.
  • the heat exchanger has an inner flow space for a first medium and an outer flow space for a second medium, wherein the inner flow space of a corrugated hose and the outer flow space between the corrugated hose and a sheath line are formed.
  • the corrugated hose is ring corrugated and extends along the sheath line on the radial inside and in particular substantially concentric with the sheath line, wherein in the outer flow space between the sheath line and the corrugated hose over the axial length of the corrugated hose one or more of the sheath line and the corrugated hose line adjacent spacer elements are arranged.
  • the known from the cited document heat exchanger consists of an inner bundle of helically corrugated hose lines and an outer partially corrugated sheathed cable.
  • the corrugated hose lines are fixed to each other via a plurality of plates and the combination of said plates is inserted together with the hose line bundle in the multiple bending sections having sheathed cable and fixed there.
  • the US 4,203,312 A discloses a generic heat exchanger, are held in the parallel corrugated hose between terminal walls of a heat exchange chamber.
  • the EP 1 136 780 A2 discloses a method for manufacturing a heat exchanger for exhaust pipes with an inner corrugated hose and an outer at least partially corrugated hose.
  • the present invention seeks to provide a heat exchanger for exhaust pipes of the type mentioned above, which is characterized by a simpler structure, easier installation and better working.
  • the spacer elements are substantially annular, helical, circumferentially formed around the circumference and / or formed over the circumference.
  • the heat exchanger according to the invention achieves improved heat transfer between the first and second flow medium, for which purpose the arranged in the outer flow space between the sheathed cable and the corrugated hose line spacing elements according to the invention in the form of circumferential or segmented ring or helical elements, eg. B. are formed in the form of wire compression rings or wire crimps.
  • These spacers provide a turbulence of flowing through this outer flow space second medium, ie the cooling water to increase the efficiency of the heat exchanger and at the same time to dampen vibration of the inner corrugated hose.
  • the spacers may also consist of sheet metal parts, temperature-resistant plastic elements and the like with a corresponding structure and appropriate arrangement.
  • Another advantage of the heat exchanger according to the invention lies in the annular corrugation of the inner corrugated hose, the expansions in mounting the inner corrugated hose in the outer sheathed cable and strains due to temperature changes in the use of the heat exchanger joins torsion and thus allows only relative movements between inner corrugated hose and outer sheath line in the axial and possibly also in the radial direction, but not in the torsion direction.
  • the connection connections that is, the connections to adjacent lines for transporting the first and the second medium are kept free of torsional forces, whereby the service life and the quality of the connection connection is increased accordingly.
  • a particular advantage of the heat exchanger according to the invention can be achieved in that the heat exchanger has at least one axial curvature region in which it changes its axial extension direction, that the sheathed cable is provided with corrugations at least in this curvature region and that the at least one curvature region of the heat exchanger by thornless forming is formed by corrugated hose and sheathed cable. It is therefore first inserted the inner corrugated hose in the sheath line, both being in straight or almost straight axial extent and wherein spacer elements are arranged between the hose and sheathed cable.
  • curvature areas are then introduced into the corrugated sections of the sheathed conduit in order to adapt the heat exchanger to the installation conditions, this can be done in a simple manner by bending the sheathed cable in the region of the intended curvature and transferring the spacers to the inner hose line, without the need for a mandrel or a similar auxiliary tool would be required.
  • the corrugations can extend radially inward and / or radially outward starting from the adjacent smooth cylindrical course.
  • the cross section of the first flow space is reduced, wherein the outer diameter of the sheath line corresponds to that in the smooth cylindrical areas, which is particularly advantageous in a confined installation space.
  • the waves extend substantially radially outward, then the cross section of the first flow space substantially corresponds to that of the smooth cylindrical profile, however, the outer diameter of the sheath line and thus of the heat exchanger is correspondingly increased in this area.
  • the corrugated hose is formed semiil, so that they inform istsfan the heat exchanger in particular by bending remains at least almost in the reshaped extension, so not due to the elasticity tries to bend back the heat exchanger in the straight direction of extent.
  • a semiflexible hose line could be produced, for example, by subjecting a conventional corrugated hose to a stretching or stretching operation, as a result of which the flanks are correspondingly flatter and the wave crests are further corrugated. In this case, the area of the flexible areas is reduced, but the hose line still remains sufficiently flexible to be able to absorb the required thermal expansions on the one hand and on the other hand to impede the installation and in particular the insertion into the sheathed cable.
  • a similar result can alternatively be achieved by equipping the hose line with a corresponding semiflexible corrugation in a first forming process.
  • the prior art already discloses a semiflexible hose line which can be used for other purposes, the geometrical conditions of which could also be used in the present case.
  • the radially outer peaks of the hose corrugations of the hose line may be substantially smooth cylindrical or cambered, i.
  • the axial length of the individual peaks is greater than the axial length of the radially inner troughs such that the tube with respect to the sizes axial length of the individual peaks and axial length of the individual troughs within the mutual ratio of these sizes in Range of 2.3: 1 to 4.6: 1 is formed, and wherein the axial length of the individual peaks is greater than the radial profile height between troughs and wave crests such that the hose with respect to the sizes axial length of the individual peaks and profile height between Wave trough and wave peak within the mutual ratio of these sizes in the range of 1.7: 1 to 2.8: 1 is formed.
  • the mentioned wide corrugation of the corrugated hose has but one more significant advantage: While in the prior art, the inner hose lines are helical, to a helical flow, especially in the field of troughs allow the wide corrugation in the present case also for a complete flow around the inner hose, so that there are no hose line areas that lie in the flow shadow and thus hinder heat transfer between the first and second flow medium.
  • the determination of the spacer elements on outer sheathed cable and inner hose is - especially in the case of metal spacers - simplified in that they have copper, so for example, the Drahtpressmaschine partially copper wires included, so that the spacer elements by simple soldering or resistance welding to the adjacent components can be set, which can conveniently be done in a soldering / continuous furnace. Similar advantages arise when the spacer elements contain plastic, since then a bonding or a thermal cohesive bonding is possible.
  • the exhaust pipe is an EGR pipe, which serves for exhaust gas recirculation, and that the heat exchanger is installed in the EGR pipe, so that the outer flow space for a cooling medium, in particular cooling water, and the inner flow space for the Exhaust gas is provided.
  • the heat exchanger in the exhaust pipe between a with respect to the exhaust flow upstream catalyst and a downstream muffler is installed. This can even be exploited to such an extent that almost provides the complete course of the exhaust pipe with a heat exchanger according to the invention.
  • the reduced temperatures also provide advantages with regard to the position and nature of the surroundings of the silencer or of the end of the exhaust pipe. For example, lower safety distances to the environment of the exhaust system must be maintained, which leads to a gain in space.
  • holding elements can be used for the exhaust system, which does not have to be so temperature resistant and thus can usually be simpler and cheaper.
  • heat exchange media various substances are suitable, such as e.g. Water, cooling water, air, compressed air, solids, which can also be used in the heat exchanger according to the invention.
  • the hose may be constructed in two or more layers and - also for noise control - have a changing over its length wave height, ie either the outer diameter of the wave crests or the inner diameter of the troughs or both above the length of the hose in particular can change progressively.
  • heat exchanger is protected by the present invention, but also a process for its production.
  • This is characterized in inventive manner by the fact that spacers are arranged between corrugated hose and sheathed cable, and that curved thornless simultaneous forming of hose and sheathed heat exchanger areas are created in which the hose and the sheath line change its axial extension direction.
  • This thornless reshaping consists in particular of a bending of the sheathed cable, wherein this bending of the sheathed cable is transmitted to the hose line via the spacer elements and mitverformt the hose accordingly.
  • the manufacturing method can be further developed according to the invention by the aforementioned device characteristics of the heat exchanger.
  • FIGS. 1 and 2 a heat exchanger 1 according to the invention in a sectional side view, in FIG. 1 in the linear starting position and in FIG. 2 in twice bent position, and in FIG. 3 an alternative embodiment of a heat exchanger 21 according to the invention in a partially sectioned side view.
  • the heat exchanger 1 consists of an outer sheathed cable 2, which has a straight axial extension in the example shown and consists of a total of three tubular cylindrical sections 3, 4, 5 and two corrugated areas 6, 7, which can act as curvature areas.
  • the sheathed cable 2 has an inlet 8 and a drain 9, wherein these inlets and outlets are connected in the radial direction to the sheathed cable 2 in the region of smooth cylindrical pipe sections 3, 5.
  • the heat exchanger 1 also has an inner corrugated hose line 10 extending coaxially with the outer sheathed cable 2, which are connected at cylindrical connecting ends 11, 12 to adjacent exhaust pipe sections 13, 14.
  • an outer Sheathed cable 2 set so that between the outer sheathed cable 2 and inner corrugated hose 10 an outer flow or annulus 15 is left, can flow through the cooling water W from the inlet 8 in the direction of the drain 9.
  • the flow of the cooling water W is deflected or impeded by spacer elements 16, 17, 18, which are arranged between the inner hose line 10 and the outer sheath line 2 and ensure the concentric mutual position of the two lines.
  • These spacer elements 16 to 18, for example, consist of wire press rings, which can be arranged completely circumferential, segmented circumferential, helical or the like between the two lines to give the flow the desired direction while maintaining its support or distance assurance function.
  • the exhaust gas G to be cooled flows in countercurrent direction from the adjacent exhaust gas line 14 via the connection element 12 through the inner corrugated hose line 10 to the connection element 11 and from there into the exhaust line 13, whereby the exhaust gas temperature can be correspondingly reduced significantly over the axial length of the heat exchanger.
  • the flow space within the corrugated hose is indicated by reference numeral 19.
  • the heat exchanger according to the invention extend to adapt to the respective installation conditions deviating from its axial extent, it can be bent accordingly in the radial direction in the region of the corrugated areas 6, 7 together with the already mounted inner corrugated hose 10, without requiring a mandrel or a similar auxiliary tool would be required.
  • the inner corrugated hose 10 can hold the entire heat exchanger in the bent position after bending, as exemplified in FIG. 2 is shown, even if the outer sheath line and their corrugated portions 6, 7 would tend due to their inherent elasticity to return to the axial output extension. Again, the spacers provide 16 to 18 again for the necessary support.
  • a heat exchanger 21 is shown, which consists of two parts 21a and 21b, which are arranged in the flow direction of the exhaust gas G one behind the other between a catalyst 22 and an end muffler 23 in an exhaust pipe 24.
  • the exhaust gas flow G is conveyed from an exhaust gas inlet 25 to the catalytic converter 22 and from there through a corrugated hose line 26 to the rear silencer 23, which the exhaust gas flow G exits via an exhaust gas outlet 27.
  • the hose 26 is like the hose 10 from the FIGS. 1 and 2 constructed and supported by spacer elements 28, 29 on which the hose on its radially outer by far surrounding sheath conduit 30 so that between the hose 26 and sheath conduit 30, a flow or annular space 31 is formed through which the refrigerant or to be heated Water W is flowing.
  • the sheath line 30 has a smooth-walled curved portion 30 a, in which the axial extension direction of the sheath line changes, and a corrugated portion 30 b, similar to the corrugated portions 6, 7 of the Figu ren 1 and 2 forms a bending region in which the exhaust pipe to compensate for assembly inaccuracies, etc. is designed to yield. Because of the large total length of the two heat exchanger parts 21 a and 21 b, the total heat exchanger surface is very large, it is possible to cool down the exhaust stream G to a considerable extent, so that finally in the region of the muffler 23 and in the region of the exhaust pipe end materials can be used which are otherwise not possible in exhaust pipes. Instead of metal and in particular galvanized steel or stainless steel, for example, plastic can be used, which is superior in terms of shaping options and manufacturing costs metal.
  • the present invention provides the significant advantage that heat exchangers for EGR lines are easier to assemble and also have a better working behavior due to the use of an inner ring-corrugated hose line.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Abgasleitungen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Wärmetauscher weist einen inneren Strömungsraum für ein erstes Medium und einen äußeren Strömungsraum für ein zweites Medium auf, wobei der innere Strömungsraum von einer gewellten Schlauchleitung und der äußere Strömungsraum zwischen der gewellten Schlauchleitung und einer Mantelleitung gebildet sind. Die gewellte Schlauchleitung ist ringgewellt und erstreckt sich entlang der Mantelleitung auf deren radialer Innenseite und insbesondere im Wesentlichen konzentrisch zu der Mantelleitung, wobei im äußeren Strömungsraum zwischen der Mantelleitung und der gewellten Schlauchleitung über die axiale Länge der gewellten Schlauchleitung ein oder mehrere an der Mantelleitung und der gewellten Schlauchleitung anliegende Abstandselemente angeordnet sind.
  • Es ist beispielsweise aus der EP-A 1 096 131 bekannt, das Abgas von Dieselfahrzeugen über das Wasser des Motorkühlkreislaufs herunterzukühlen, um dadurch die Stickoxidgrenzwerte des Abgases abzusenken. Der aus der genannten Schrift bekannte Wärmetauscher besteht aus einem inneren Bündel von wendelgewellten Schlauchleitungen und einer äußeren teilweise gewellten Mantelleitung. Die gewellten Schlauchleitungen sind über eine Vielzahl von Platten aneinander festgelegt und die Kombination der genannten Platten ist zusammen mit dem Schlauchleitungsbündel in die mehrere Biegeabschnitte aufweisende Mantelleitung eingesteckt und dort festgelegt.
  • Die US 4,203,312 A offenbart einen gattungsgemäßen Wärmetauscher, bei dem parallele Wellschlauchleitungen zwischen endständigen Wandungen einer Wärmeaustauschkammer gehalten sind.
  • Die EP 1 136 780 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers für Abgasleitungen mit einer inneren gewellten Schlauchleitung und einer äußeren zumindest teilweise gewellten Schlauchleitung.
  • Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher für Abgasleitungen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der sich durch einen einfacheren Aufbau, eine einfachere Montage und ein besseres Arbeitsverhalten auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abstandselemente im Wesentlichen ringförmig, wendelförmig, über den Umfang umlaufend und/oder über den Umfang segmentiert ausgebildet sind.
  • Auf diese Weise erreicht der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen verbesserten Wärmeübergang zwischen erstem und zweitem Strömungsmedium, zu welchem Zweck die im äußeren Strömungsraum zwischen der Mantelleitung und der gewellten Schlauchleitung angeordneten Abstandselemente erfindungsgemäß in Form von umlaufenden oder segmentierten ring- oder wendelförmigen Elementen, z. B. in Form von Drahtpressringen oder Drahtpresswendeln ausgebildet sind. Diese Abstandselemente sorgen für eine Verwirbelung des durch diesen äußeren Strömungsraum fließenden zweiten Mediums, also des Kühlwassers, um den Wirkungsgrad des Wärmetauschers zu erhöhen und gleichzeitig eine Schwingung der inneren gewellten Schlauchleitung zu bedämpfen. Alternativ können die Abstandselemente auch aus Blechformteilen, temperaturbeständigen Kunststoffelementen und dergleichen mit entsprechendem Aufbau und entsprechender Anordnung bestehen.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers liegt in der Ringwellung der inneren gewellten Schlauchleitung, die Dehnungen beim Montieren der inneren gewellten Schlauchleitung in die äußere Mantelleitung sowie Dehnungen aufgrund von Temperaturänderungen beim Gebrauch des Wärmetauschers torsionsfrei mitmacht und so lediglich Relativbewegungen zwischen innerer gewellter Schlauchleitung und äußerer Mantelleitung in Axial- und gegebenenfalls auch in Radialrichtung zulässt, nicht jedoch in Torsionsrichtung. Hierdurch werden die Anschlussverbindungen, also die Anschlüsse an benachbarte Leitungen zum Transport des ersten und des zweiten Mediums frei von Torsionskräften gehalten, wodurch die Lebensdauer und die Qualität der Anschlussverbindung entsprechend erhöht ist.
  • Darüber hinaus ist auch die Verwendung nur einer inneren gewellten Schlauchleitung - im Gegensatz zu dem Schlauchleitungsbündel des Standes der Technik - von Vorteil. Zum einen wird zwischen äußerer Mantelleitung und innerer gewellter Schlauchleitung mit Hilfe der Abstandselemente ein definierter Strömungsraum zur Verfügung gestellt, der beim Schlauchleitungsbündel des Standes der Technik nicht bzw. nur kaum gewährleistet werden kann. Und zum anderen sorgt die Verwendung nur einer gewellten Schlauchleitung für einen gleichmäßigen Wärmeaustausch über den Strömungsquerschnitt sowie für einen gleichmäßigen Kräfteverlauf über den Leitungsquerschnitt bei Relativbewegungen zwischen Mantelleitung und innerer Schlauchleitung, wohingegen bei einem Bündel von Schlauchleitungen mit - aufgrund der in der Leitung vorgesehenen Biegeabschnitte - unterschiedlichen axialen Längen, Biegebereichen und Positionen innerhalb der Mantelleitung unterschiedliche Kräfte auftreten, die an die Anschlussenden entsprechend ungleichmäßig verteilt weitergegeben werden und diese zusätzlichen Kräften und Momenten unterwerfen.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers lässt sich dadurch erzielen, dass der Wärmetauscher zumindest einen axialen Krümmungsbereich aufweist, in dem er seine axiale Erstreckungsrichtung ändert, dass die Mantelleitung zumindest in diesem Krümmungsbereich mit Wellungen versehen ist und dass der zumindest eine Krümmungsbereich des Wärmetauschers durch dornloses Umformen von gewellter Schlauchleitung und Mantelleitung gebildet ist. Es wird also zunächst die innere gewellte Schlauchleitung in die Mantelleitung eingeschoben, wobei sich beide in gerader bzw. nahezu gerader Axialerstreckung befinden und wobei zwischen Schlauchleitung und Mantelleitung Abstandselemente angeordnet sind. Werden dann die Krümmungsbereiche in die gewellten Abschnitte der Mantelleitung eingebracht, um den Wärmetauscher an die Einbauverhältnisse anzupassen, so kann dies in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die Mantelleitung im Bereich der vorgesehenen Krümmung gebogen wird und die Abstandselemente diese Biegung auf die innere Schlauchleitung übertragen, ohne dass hierfür ein Dorn oder ein ähnliches Hilfswerkzeug erforderlich wäre. Dies reduziert den Montage- und Herstellungsaufwand deutlich, zumal bei bestimmten Erstreckungsformen der Mantelleitung bzw. des Wärmetauschers ein nachträgliches Einschieben der gewellten Schlauchleitung teilweise nur mit sehr großem Aufwand oder gar nicht möglich wäre.
  • Was die gewellten Bereiche der Mantelleitung betrifft, so können sich die Wellungen ausgehend vom benachbarten glattzylindrischen Verlauf nach radial innen und/oder nach radial außen erstrecken. Im Falle einer Erstreckung nach radial innen reduziert sich der Querschnitt des ersten Strömungsraums, wobei der Außendurchmesser der Mantelleitung demjenigen in den glattzylindrischen Bereichen entspricht, was insbesondere bei beengtem Einbauraum von Vorteil ist. Erstrecken sich dagegen die Wellen im wesentlichen nach radial außen, so entspricht der Querschnitt des ersten Strömungsraums im wesentlichen demjenigen des glattzylindrischen Verlaufs, jedoch ist der Außendurchmesser der Mantelleitung und damit des Wärmetauschers in diesem Bereich entsprechend vergrößert.
  • Des weiteren ist es von besonderem Vorteil, wenn die gewellte Schlauchleitung semiflexibel ausgebildet ist, so dass sie beim Informbringen des Wärmetauschers insbesondere durch Biegen zumindest nahezu in der umgeformten Erstreckung verbleibt, also nicht aufgrund der Elastizität versucht, den Wärmetauscher wieder in die gerade Erstreckungsrichtung zurückzubiegen. Eine solche semiflexible Schlauchleitung könnte beispielsweise dadurch hergestellt sein, dass man einen herkömmlichen Ringwellschlauch einem Streck- bzw. Reckvorgang unterwirft, wodurch die Flanken entsprechend flacher verlaufen und die Wellenkrempen weiter gewellt werden. Hierbei wird der Bereich der flexiblen Bereiche reduziert, wobei die Schlauchleitung aber weiterhin ausreichend flexibel bleibt, um zum einen die erforderlichen Wärmedehnungen aufnehmen zu können und andererseits um das Einbauen und insbesondere das Einschieben in die Mantelleitung nicht zu behindern. Ein ähnliches Ergebnis lässt sich alternativ dadurch erzielen, dass man die Schlauchleitung gleich in einem ersten Umformvorgang mit einer entsprechenden semiflexiblen Wellung versieht.
  • Im Stand der Technik ist bereits eine für andere Zwecke verwendbare semiflexible Schlauchleitung bekannt, deren geometrische Verhältnisse im vorliegenden Fall ebenfalls verwendet werden könnten. So können die radial außen liegende Wellenberge der Schlauchwellungen der Schlauchleitung einen im wesentlichen glattzylindrischen oder bombierten, d.h. sehr flach gekrümmten Verlauf aufweisen, wobei die axiale Länge der einzelnen Wellenberge größer ist als die axiale Länge der radial innen liegenden Wellentäler derart, dass der Schlauch bezüglich der Größen axiale Länge der einzelnen Wellenberge und axiale Länge der einzelnen Wellentäler innerhalb des gegenseitigen Verhältnisses dieser Größen im Bereich von 2,3 : 1 bis 4,6 : 1 ausgebildet ist, und wobei die axiale Länge der einzelnen Wellenberge größer ist als die radiale Profilhöhe zwischen Wellentälern und Wellenbergen derart, dass die Schlauchleitung bezüglich der Größen axiale Länge der einzelnen Wellenberge und Profilhöhe zwischen Wellental und Wellenberg innerhalb des gegenseitigen Verhältnisses dieser Größen im Bereich von 1,7 : 1 bis 2,8 : 1 ausgebildet ist.
  • Die angesprochene weite Wellung der gewellten Schlauchleitung hat aber noch einen weiteren wesentlichen Vorteil: Während beim Stand der Technik die inneren Schlauchleitungen wendelförmig ausgebildet sind, um ein schraubengangförmiges Umströmen insbesondere auch im Bereich der Wellentäler zu ermöglichen, sorgt die weite Wellung im vorliegenden Fall ebenfalls für eine vollständige Umströmung der inneren Schlauchleitung, so dass es keine Schlauchleitungsbereiche gibt, die im Strömungsschatten liegen und damit einen Wärmeübergang zwischen erstem und zweitem Strömungsmedium behindern.
  • Die Festlegung der Abstandselemente an äußerer Mantelleitung und innerer Schlauchleitung wird - insbesondere im Fall von aus Metall bestehenden Abstandselementen - dadurch vereinfacht, dass sie Kupfer aufweisen, also beispielsweise die Drahtpressteile teilweise Kupferdrähte enthalten, so dass die Abstandselemente durch einfaches Löten oder Widerstandsschweißen an den benachbarten Bauteilen festgelegt werden können, was zweckmäßigerweise in einem Löt-/Durchlauf-Ofen erfolgen kann. Ähnliche Vorteile ergeben sich, wenn die Abstandselemente Kunststoff enthalten, da dann ein Verkleben oder ein thermisches stoffschlüssiges Verbinden möglich ist.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers lassen sich bei allen Arten von Abgasleitungen ausnutzen. Ein bevorzugter Anwendungsfall besteht darin, dass die Abgasleitung eine EGR-Leitung ist, die zur Abgasrückführung dient, und dass der Wärmetauscher in die EGR-Leitung eingebaut ist, so dass der äußere Strömungsraum für ein Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, und der innere Strömungsraum für das Abgas vorgesehen ist. Ebenso ist es aber auch möglich, dass der Wärmetauscher in der Abgasleitung zwischen einem hinsichtlich des Abgasstromes strömungsaufwärts angeordneten Katalysator und einem strömungsabwärts angeordneten Schalldämpfer eingebaut ist. Dies lässt sich sogar in solchem Ausmaß ausnutzen, dass man nahezu den kompletten Verlauf der Abgasleitung mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher versieht. Hierdurch ist es möglich, die Abgastemperaturen in solch großem Maße herunterzukühlen, dass die Abgastemperaturen beim Eintritt in den Schalldämpfer in einem Bereich sind, der nicht mehr den Einsatz von Metall als Werkstoff erforderlich macht, sondern es ermöglicht, Kunststoff oder auch Gummi zumindest für den Endbereich der Abgasleitung (teilweise kann auch die gesamte Mantelleitung aus Kunststoff bestehen) wie auch für den Schalldämpfer als Material einzusetzen. Dadurch lassen sich nicht nur Kosten reduzieren, sondern auch die Schalldämmeigenschaften verbessern.
  • Des weiteren ergeben sich durch die reduzierten Temperaturen auch Vorteile im Hinblick auf die Position und Beschaffenheit der Umgebung des Schalldämpfers bzw. des Endes der Abgasleitung. So müssen beispielsweise geringere Sicherheitsabstände zu der Umgebung der Abgasanlage eingehalten werden, was zu einem Bauraumgewinn führt. Außerdem können Halteelemente für die Abgasanlage eingesetzt werden, die nicht so temperaturbeständig sein müssen und damit in der Regel einfacher und kostengünstiger ausfallen können. Schließlich ist es teilweise bei niedrigen Temperaturen möglich, anstelle von Schweißnähten einfache Klebeverfahren einzusetzen.
  • Als Wärmetauschermedien kommen verschiedene Stoffe in Frage, wie z.B. Wasser, Kühlwasser, Luft, Druckluft, Feststoffe, die bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ebenfalls verwendet werden können.
  • Was die Schlauchleitung betrifft, so kann diese zwei- oder mehrlagig aufgebaut sein und - ebenfalls zur Geräuschbeeinflussung - eine sich über ihre Länge ändernde Wellenhöhe aufweisen, wobei also entweder der Außendurchmesser der Wellenberge oder der Innendurchmesser der Wellentäler oder beide sich Ober die Länge der Schlauchleitung insbesondere progressiv ändern können.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird nicht nur der erfindungsgemäße Wärmetauscher unter Schutz gestellt, sondern auch ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dies zeichnet sich in erfindungsgemäßer Art und Weise dadurch aus, dass zwischen gewellter Schlauchleitung und Mantelleitung Abstandselemente angeordnet werden, und dass durch dornloses gleichzeitiges Umformen von Schlauchleitung und Mantelleitung gekrümmte Wärmetauscherbereiche erstellt werden, in denen die Schlauchleitung und die Mantelleitung ihre axiale Erstreckungsrichtung ändern. Dieses dornlose Umformen besteht insbesondere aus einem Biegen der Mantelleitung, wobei dieses Biegen der Mantelleitung über die Abstandselemente auf die Schlauchleitung übertragen wird und die Schlauchleitung entsprechend mitverformt. Das Herstellungsverfahren lässt sich in erfindungsgemäßer Weise auch durch die vorgenannten Vorrichtungsmerkmale des Wärmetauschers weiterbilden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Diese zeigt in den
  • Figuren 1 und 2 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1 in geschnittener Seitenansicht, in Figur 1 in der geradlinigen Ausgangsposition und in Figur 2 in zweifach abgebogener Position, und
    in Figur 3 einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers 21 in teilweise geschnittener Seitenansicht.
  • Der Wärmetauscher 1 besteht aus einer äußeren Mantelleitung 2, die im dargestellten Beispiel eine geradlinige Axialerstreckung aufweist und aus insgesamt drei rohrzylindrischen Abschnitten 3, 4, 5 und zwei gewellten Bereichen 6, 7 besteht, die als Krümmungsbereiche fungieren können.
  • Die Mantelleitung 2 weist einen Zulauf 8 und einen Ablauf 9 auf, wobei diese Zu- und Abläufe in Radialrichtung an die Mantelleitung 2 im Bereich glattzylindrischer Leitungsabschnitte 3, 5 angeschlossen sind.
  • Der Wärmetauscher 1 weist darüber hinaus eine sich koaxial zur äußeren Mantelleitung 2 erstreckende innere gewellte Schlauchleitung 10 auf, die an zylindrischen Anschlussenden 11, 12 an benachbarte Abgasleitungsabschnitte 13, 14 angeschlossen sind. Im Bereich der Anschlussenden 11, 12 ist auch die äußere Mantelleitung 2 festgelegt, so dass zwischen äußerer Mantelleitung 2 und innerer gewellter Schlauchleitung 10 ein äußerer Strömungs- bzw. Ringraum 15 belassen ist, durch den Kühlwasser W vom Zulauf 8 in Richtung des Ablaufes 9 fließen kann.
  • Hierbei wird die Strömung des Kühlwassers W durch Abstandselemente 16, 17, 18 umgelenkt bzw. behindert, welche zwischen innerer Schlauchleitung 10 und äußerer Mantelleitung 2 angeordnet sind und die konzentrische gegenseitige Position der beiden Leitungen sicherstellen. Diese Abstandselemente 16 bis 18 bestehen beispielsweise aus Drahtpressringen, die vollständig umlaufend, segmentiert umlaufend, schraubengangförmig oder dergleichen zwischen den beiden Leitungen angeordnet sein können, um der Strömung die gewünschte Richtung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung ihrer Abstützung bzw. Abstandssicherungsfunktion zu geben. Das abzukühlende Abgas G strömt hierbei in Gegenstromrichtung von der benachbarten Abgasleitung 14 über das Anschlusselement 12 durch die innere gewellte Schlauchleitung 10 zu dem Anschlusselement 11 und von dort in die Abgasleitung 13, wobei sich über die axiale Länge des Wärmetauschers die Abgastemperatur entsprechend deutlich senken lässt. Der Strömungsraum innerhalb der gewellten Schlauchleitung ist mit Bezugszeichen 19 angedeutet.
  • Soll nun der erfindungsgemäße Wärmetauscher zur Anpassung an die jeweiligen Einbauverhältnisse abweichend von seiner axialen Erstreckung verlaufen, so kann er im Bereich der gewellten Bereiche 6, 7 zusammen mit der bereits montierten inneren gewellten Schlauchleitung 10 entsprechend in Radialrichtung abgebogen werden, ohne dass hierfür ein Dorn oder ein ähnliches Hilfswerkzeug erforderlich wäre.
  • Ist beispielsweise die innere gewellte Schlauchleitung 10 semiflexibel ausgeführt, so kann die innere gewellte Schlauchleitung nach dem Biegen den gesamten Wärmetauscher in der abgebogenen Position halten, wie es beispielhaft in Figur 2 dargestellt ist, selbst wenn die äußere Mantelleitung und deren gewellte Bereiche 6, 7 aufgrund der ihnen eigenen Elastizität dazu neigen würden, in die axiale Ausgangserstreckung zurückzukehren. Auch hierbei sorgen die Abstandselemente 16 bis 18 wieder für die nötige Abstützung.
  • In Figur 3 ist ein Wärmetauscher 21 dargestellt, der aus zwei Teilen 21a und 21 b besteht, die in Strömungsrichtung des Abgases G hintereinander zwischen einem Katalysator 22 und einem Endschalldämpfer 23 in einer Abgasleitung 24 angeordnet sind. Der Abgasstrom G wird - wie auch aus dem Detail A ersichtlich ist - von einem Abgaseinlass 25 zum Katalysator 22 und von dort durch eine gewellte Schlauchleitung 26 zum Endschalldämpfer 23 befördert, den der Abgasstrom G über einen Abgasauslass 27 verlässt.
  • Die Schlauchleitung 26 ist wie die Schlauchleitung 10 aus den Figuren 1 und 2 aufgebaut und über Abstandselemente 28, 29 an der die Schlauchleitung auf ihrer radialen Außenseite mit Abstand umgebenden Mantelleitung 30 abgestützt, so dass sich zwischen Schlauchleitung 26 und Mantelleitung 30 ein Strömungs- bzw. Ringraum 31 gebildet ist, durch den das Kältemittel bzw. das zu erwärmende Wasser W strömt.
  • Die Mantelleitung 30 weist einen glattwandig gekrümmten Bereich 30a auf, bei dem sich die Axialerstreckungsrichtung der Mantelleitung ändert, und einen gewellten Bereich 30b, der ähnlich den gewellten Bereichen 6, 7 aus den Figu-ren 1 und 2 einen Biegebereich bildet, in welchem die Abgasleitung zum Ausgleich von Montageungenauigkeiten etc. nachgiebig ausgebildet ist. Da wegen der großen Gesamtlänge der beiden Wärmetauscherteile 21 a und 21 b die Gesamtwärmetauscheroberfläche sehr groß ist, ist es möglich, den Abgasstrom G in beträchtlichem Maße herunterzukühlen, so dass schließlich im Bereich des Endschalldämpfers 23 und auch im Bereich des Abgasleitungsendes Materialien eingesetzt werden können, die sonst in Abgasleitungen nicht möglich sind. Anstelle von Metall und insbesondere verzinktem Stahl oder Edelstahl kann beispielsweise Kunststoff verwendet werden, das hinsichtlich Formgebungsmöglichkeiten und Herstellungskosten Metall überlegen ist.
  • Zusammenfassend wird durch die vorliegende Erfindung der wesentliche Vorteil zur Verfügung gestellt, dass Wärmetauscher für EGR-Leitungen einfacher zu montieren sind und aufgrund der Verwendung einer inneren ringgewellten Schlauchleitung auch ein besseres Arbeitsverhalten aufweisen.

Claims (20)

  1. Wärmetauscher für Abgasleitungen mit einem inneren Strömungsraum (19) für ein erstes Medium (G) und einem äußeren Strömungsraum (15) für ein zweites Medium (W), wobei der innere Strömungsraum von einer gewellten Schlauchleitung (10, 26) gebildel ist und der äußere Strömungsraum zwischen der gewellten Schlauchleitung und einer Mantelleitung (2, 30) gebildet ist, wobei die gewellte Schlauchleitung (10, 26) ringgewellt ist und sich entlang der Mantelleitung (2, 30) auf deren radialer Innenseite erstreckt, und wobei im äußeren Strömungsraum (15) zwischen der Mantelleitung und der gewellten Schlauchleitung über die axiale Länge der gewellten Schlauchleitung ein oder mehrere an der Mantelleitung und der gewellten Schlauchleitung anliegende Abstandselemente (16, 17, 18, 28, 29) angeordnet sind, welche Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) im Wesentlichen ringförmig, über den Umfang umlaufend und/oder über den Umfang segmentiert ausgebildet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) jeweils zumindest teilsweise in einem Wellental der gewellten Schlauchleitung (10, 26) angeordnet sind.
  2. Wärmetauscher nach zumindest Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmetauscher (1, 21) zumindest einen axialen Krümmungsbereich (6, 7, 30b) aufweist, in dem er seine axiale Erstreckungsrichtung ändert, und dass die Mantelleitung (2, 30) zumindest in diesem Krümmungsbereich mit Wellungen versehen ist.
  3. Wärmetauscher nach zumindest Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zumindest eine Krümmungsbereich (6, 7, 30b) des Wärmetauschers (1, 21) durch dornloses Umformen von gewellter Schlauchleitung (10, 26) und Mantelleitung (2, 30) gebildet ist.
  4. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die gewellte Schlauchleitung (10, 26) semiflexibel ausgebildet ist,so dass sie beim Informbringen des Wärmetauschers (1, 21) insbesondere durch Biegen zumindest nahezu in der umgeformten Erstreckung verbleibt.
  5. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die gewellte Schlauchleitung (10, 26) weitgewellt ausgeführt ist.
  6. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die gewellte Schlauchleitung (10, 26) Wellenberge mit im wesentlichen glattzylindrischem oder bombiertem Verlauf aufweist.
  7. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die gewellte Schlauchleitung im Wesentlichen konzentrisch zu der Mantelleitung (2, 30) erstreckt.
  8. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) schraubengangförmig im äußeren Strömungsraum (15) entlang der gewellten Schlauchleitung(10, 26) verlaufen.
  9. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) segmentiert ausgebildet sind und über den Umfang der gewellten Schlauchleitung (10, 26) verteilt angeordnet sind.
  10. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) aus Drahtpressteilen bestehen.
  11. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) teilweise Kupfer enthalten zum Fixieren der Abstandselemente an der gewellten Schlauchleitung (10, 26) und/oder der Manteileitung (2, 30) mittels Löten oder Widerstandsschweißen.
  12. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abstandselemente zumindest teilweise Kunststoff enthalten zum Fixieren der Abstandselemente an der gewellten Schlauchleitung und/oder der Mantelleitung mittels Kleben oder thermische stoffschlüssige Verbindung.
  13. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Abgasleitung eine EGR-Leitung ist und dass der Wärmetauscher in die EGR-Leitung eingebaut ist, so dass der äußere Strömungsraum (15) für ein Kühlmedium (W), insbesondere Kühlwasser, und der innere Strömungsraum (19) für Abgas (G) vorgesehen ist.
  14. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmetauscher in der Abgasleitung zwischen einem hinsichtlich des Abgasstromes strömungsaufwärts angeordneten Katalysator (22) und einem strömungsabwärts angeordneten Schalldämpfer (23) eingebaut ist.
  15. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Anspruche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlauchleitung (10, 26) zwei- oder mehrlagig aufgebaut ist.
  16. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlauchleitung (10, 26) und/oder die Mantelleitung (2,30), insbesondere aus Edelstahl bestehen.
  17. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlauchleitung (10, 26) und/oder die Mantelleitung (2, 30) zumindest im Endbereich der Abgasleitung (24) aus Kunststoff oder Gummi bestehen.
  18. Wärmetauscher nach zumindest einem der vorstehenden Anspruche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wellung der Schlauchleitung (10, 26) eine sich über ihre Länge ändernde Wellenhöhe aufweist.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers (1, 21) für Abgasleitungen mit einer inneren gewellten Schlauchleitung (10, 26) und einer äußeren zumindest teilweise gewellten Mantelleitung (2, 30),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen gewellter Schlauchleitung und Mantelleitung Abstandselemente (16, 17, 18, 28, 29) jeweils zumindest teilweise in einem Wellental der geweillten Schlauchleitung angeordnet werden, und dass durch dornloses gleichzeitiges Umformen von Schlauchleitung und Mantelleitung gekrümmte Wärmetauscherbereiche (6, 7, 30b) erstellt werden, in denen die Schlauchleitung und die Mantelleitung ihre Axialerstreckungsrichtung andern.
  20. Verfahren nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das dornlose Umformen aus einem Biegen der Mantelleitung (2, 30) besteht, welches über die Abstandselemente (16 bis 18, 28, 29) auf die Schlauchleitung (10, 26) übertragen wird und diese mit umformt.
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