EP2044319A1

EP2044319A1 - Vorrichtung zur kühlung eines gasstroms eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: EP2044319A1
Application number: EP07786061A
Authority: EP
Inventors: Peter Geskes; Bernd GRÜNENWALD; Wolfgang KNÖDLER; Jens Ruckwied; Jürgen BARWIG
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-04-08
Also published as: US20090277165A1; JP2009543994A; WO2008006604A1; US8936070B2; JP5220008B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Gehäuse (1), eine Zuführung (3) und eine Abführung (4) für ein zu kühlendes Gas, insbesondere Abgas und/oder Ladeluft des Verbrennungsmotors, eine Zuführung (18) und eine Abführung (16) für ein insbesondere flüssiges Kühlmittel, ein Tauschermittel (5) zur Wärmeübertragung zwischen dem Gas und dem Kühlmittel, einen ersten Wandabschnitt (1 a) des Gehäuses (1), wobei der erste Wandabschnitt (1 a) zwischen dem Kühlmittel und dem Gasstrom angeordnet ist, und einen zweiten Wandabschnitt (1 b) des Gehäuses (1), wobei der zweite Wandabschnitt (1 b) zwischen dem Kühlmittel und einer Umgebung, insbesondere der Atmosphäre, angeordnet ist, wobei der erste Wandabschnitt (1 a) und der zweite Wandabschnitt (1 b) materialeinheitlich einstückig ausgebildet sind.

Description

Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms eines Verbrennungsmotors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Reduktion von Schadstoffen insbesondere bei Dieselmotoren von Personenkraftwagen wird zunehmend die Rückführung von Abgas zu dem Verbrennungsmotor eingesetzt, wobei das Abgas vor der Rückführung gekühlt werden muss. Hierzu sind Wärmetauscher bekannt, die aufgrund der hohen Temperaturen und der hohen Korrosivität des Abgases Tauscherrohre aus nichtrostendem Stahl umfassen. Solche Tauscherrohre sind über Haltemittel wie etwa Bodenstücke mit einem das Kühlmittel führenden Gehäuse verbunden, wobei die Herstellung solcher Wärmetauscher im Allgemeinen aufwendig ist. Neben Abgas kann unter einem Gasstrom im Sinne der Erfindung Ladeluft z. B. aus einem Turbolader oder auch ein Abgas-Luft-Gemisch verstanden werden. Auch diese Gasströme erfordern oft eine Kühlung vor einer Zuführung zu dem Verbrennungsmotor, um Funktion und Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Kühlung eines Gas- Stroms eines Verbrennungsmotors anzugeben, die kostengünstig und mit geringem Montageaufwand herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit einer eingangs genannten Vorrichtung gelöst, bei der erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Durch die materialeinheitlich einstückige Ausbildung der beiden Wandabschnitte ist zumindest bereichsweise durch das gleiche einstückige Bauteil eine Trennung von Umgebung und Kühlmittel sowie eine Trennung von Kühlmittel und Gasstrom gewährleistet. Dies ermöglicht eine besonders günstige Herstellung des Gehäuses, da dieses zumindest in den Bereichen der Wandabschnitte nicht aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt werden muss, sei es durch mechanische Befestigung unter Verwendung von Dichtmitteln oder sei es durch Verlötung oder Verschweißung. Die materialeinheitlich einstückige Ausbildung im Sinne der Erfindung umfasst eine einheitliche, nahtlose Herstellung des die beiden Wandabschnitte umfassenden Gehäuseteils.

In vorteilhafter Ausführung bestehen der erste und der zweite Wandabschnitt des Gehäuses aus einem Leichtmetall, insbesondere auf Basis von Aluminium. Aluminium ist sowohl leichtbauend als auch kostengünstig formbar. Besonders bevorzugt erfolgt die Formung eines den ersten und den zweiten Wandabschnitt umfassenden Gehäuseteils als Gussteil, insbesondere Druckgussteil. Diese kostengünstige Herstellung eines leichtbauenden Gehäuses ist insbesondere im Fall der Kühlung eines heißen Abgasstroms zumindest im Bereich des Abgaseintritts in das Gehäuse vor allem dadurch ermöglicht, dass das Aluminium unmittelbar durch das insbesondere flüssige Kühlmittel gekühlt ist. Bei dem Kühlmittel kann es sich z. B. um das Hauptkühlmittel des Verbrennungsmotors handeln und/oder um einen zusätzlichen, insbesondere auf Umgebungstemperatur gekühlten Kühlkreis.

Einer vorteilhaften Ausführungsform weist das gegossene Gehäuseteil eine erste Entformungsseite und eine zweite Entformungsseite auf, wobei die erste Entformungsseite zur Führung des Kühlmittels und die zweite Entfor- mungsseite zur Führung des Gases ausgebildet ist. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise auch komplex geformte Trennwände zwischen Kühlmittel und Gas bei zugleich einfachem Gussprozess herstellen. Insbesondere sind eine Vielzahl von Formgebungen ohne erforderliche Verwendung von auf- wendigen Gusskernen möglich.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform ist ein den ersten und den zweiten Wandabschnitt umfassender Gehäuseteil als Strangpressprofil ausgebildet. Strangpressprofile sind besonders kostengünstig herstellbar und können sehr aufwendige Querschnittsformen aufweisen. Zudem hat sich herausgestellt, dass gerade bei üblichen Strangpressvorgängen von Aluminiumlegierungen eine kristalline Struktur des Aluminiums erzielt wird, die eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Hierdurch ist die Kühlung von heißem, korrosivem Abgas gut ermöglicht. Wichtig bei der Nutzung von Strangpressprofilen insbesondere zur Kühlung von Abgas ist das Vermeiden einer nachträglichen starken Erhitzung der gepressten Profile, etwa in einem Lötofen, da hierbei die guten korrosiven Eigenschaften wieder verloren gehen können.

In einer alternativen Ausführung können der erste und der zweite Wandabschnitt des Gehäuses aus einem einstückigen Blechformteil ausgebildet sein, das insbesondere aus einem nichtrostenden Stahl besteht. Je nach Dimensionierung des Gehäuses mit den Wandabschnitten kann eine solche Blechumformung mittels einfachen Tiefziehens erfolgen, wodurch eine kosten- günstige Herstellung mit geringem Ausschuss gegeben ist.

In allgemein bevorzugter Ausführung umfasst das Gehäuse zumindest ein nicht einstückig mit den Wandabschnitten ausgebildetes Deckelteil. Vorteilhaft sind an dem Deckelteil Dichtmittel zur Abdichtung des Kühlmittels und/oder des Gases vorgesehen. Hierbei kann das Deckelteil z. B. mit dem weiteren Gehäuse verschraubt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Deckelteil auch mit dem weiteren Gehäuse dichtend verlötet sein. Wenn sowohl Deckelteil als auch Gehäuse aus einer Leichtmetalllegierung auf Aluminiumbasis bestehen, so kann eine solche Verlötung eines mechanisch vormontierten Wärmetauschers beispielsweise in einem Lötofen erfolgen. Es kann sich je nach Ausführung aber auch um einen lokalen Löt- oder Schweißprozess handeln.

Im Interesse einer einfachen Konstruktion und Herstellung ist zumindest eines von beiden, die Zuführung oder die Abführung des Kühlmittels, an dem Deckelteil angeordnet.

Besonders bevorzugt weist das Deckelteil einen Kanal zur Führung des Kühlmittels auf, so dass das Deckelteil selbst kühlbar ist. Hierdurch kann das Deckelteil auch bei Herstellung aus Leichtmetall mit dem heißen Gasstrom in Berührung kommen. In einfacher und kostengünstiger Ausführung weist dabei das Deckelteil zumindest zwei, insbesondere drei aufeinander angeordnete, plattenartige Elemente auf, wobei der Kanal durch eine Ausnehmung in zumindest einem der plattenartigen Elemente ausgebildet ist. Eine solcher schichtartiger Aufbau des Deckelteils aus mehreren Plattenelementen ist be- sonders raumsparend und einfach in der Herstellung. Weiterhin bevorzugt weist das Deckelteil dabei eine Überströmöffnung zur Verbindung des Kanals mit dem weiteren Gehäuse auf. Hierdurch kann mittels einer einzigen Zuführung des Kühlmittels sowohl das Deckelteil als auch das weitere Gehäuse durchströmt und gekühlt werden.

Das Tauschermittel ist in vorteilhafter Ausführungsform als insbesondere mit dem Deckelteil verbundenes Modul ausgebildet. Hierdurch kann eine Zuführung oder Abführung des Kühlmittels an dem Deckelteil vorgesehen sein, wobei zudem eine Vorprüfung zur Reduzierung des Ausschusses bei der Herstellung auf einfache Weise ermöglicht ist. In beispielhafter Ausführung ist das Tauschermittel als Stapel von Scheiben ausgebildet, wobei insbesondere der Stapel von dem Kühlmittel durchströmbar und von dem Gas umströmbar ist. Hierdurch ist eine einfach herstellbare Ausführung des Tauschermittels gegeben, die zudem eine hohe Tauscher- leistung bei geringer Baugröße aufweist und kostengünstig und auf einfache Weise in das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung integrierbar ist.

Alternativ kann das Tauschermittel auch als Gussteil, insbesondere Druckgussteil mit einer Mehrzahl von Kühlrippen ausgebildet sein. Hierdurch wird das Tauschermittel besonders kostengünstig herstellbar. Weiterhin alternativ kann das Tauschermittel auch ein Rohrbündel umfassen.

Bevorzugt ist das Tauschermittel als in dem Gehäuse angeordnetes Modul ausgebildet. Hierdurch lässt sich z. B. das Tauschermittel aus nichtrosten- dem Stahl fertigen, wodurch eine hohe Betriebssicherheit und hohe Tauscherleistung bei kleinem Bauraum gegeben ist. In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann das Tauschermittel aber auch materialeinheitlich einstückig mit dem ersten und dem zweiten Wandabschnitt ausgebildet sein. Dies führt zu einer besonders kostengünstigen Herstellung mit einer besonders kleinen Anzahl von Einzelteilen und somit einer hohen Betriebssicherheit. Bevorzugt weist hierbei das Tauschermittel eine Mehrzahl von durch das Gas umströmbaren, materialeinheitlich einstückig mit dem ersten Wandabschnitt ausgeformten Rippen auf, wodurch die Kontaktoberfläche zwischen erster Wandung und Gas zwecks einer Optimierung der Kühlleis- tung vergrößert ist.

Im Interesse einer kompakten Bauweise bei hoher Tauscherleistung ist die Vorrichtung als U-Flow-Kühler ausgebildet. Je nach Anforderungen kann es sich alternativ aber auch um einen I-Flow-Kühler handeln. Insbesondere im Fall der I-Flow-Konstruktion umfasst die Vorrichtung bevorzugt einen Bypass- Kanal, der im Falle von I-Flow-Kühlern geometrisch bedingt zumeist separat neben dem Tauschermittel vorgesehen ist, wogegen bei U-flow-Kühlem zumeist die Möglichkeit einer Bypass-Umlenkung des Gasstroms von der Zuführung zu der Abführung im Eintrittsbereich des U-flow-Wärmetauschers möglich ist.

In weiterer Detailverbesserung einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Gehäuse ein Ventilglied zur einstellbaren Umlenkung des Gasstroms angeordnet. Hierdurch sind die Mittel zur Umlenkung, beispielsweise zur Bypass- Umlenkung, modulartig in das Gehäuse integriert, was eine kompakte Bau- weise nach sich zieht. Alternativ oder ergänzend ist in dem Gehäuse ein Ventilglied zur einstellbaren Regelung einer Gesamtgröße des Gasstroms angeordnet. In besonders bevorzugter, hinsichtlich Bauraum und Bauteilanzahl optimierter Ausführung kann über das Ventilglied zudem eine Umlenkung des Gasstroms durch das Tauschermittel oder einen Bypass-Weg ein- stellbar sein.

Im Rahmen einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der erste und/oder der zweite Wandabschnitt ein gekühlter Wandabschnitt ist. Dies lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass sowohl der erste Wandabschnitt als auch der zweite Wandabschnitt unmittelbar angrenzend zum Kühlmittel angeordnet sind, so dass sich daraus in vorteilhafter Weise sowohl eine Kühlung des ersten Wandabschnitt als auch des zweiten Wandabschnitts ergibt.

Insbesondere kann dazu der erste Wandabschnitt, vorzugsweise praktisch vollständig, gehäuseinnenliegend angeordnet sein. Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der zweite Wandabschnitt praktisch vollständig eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses bildet. Insbesondere ist darunter zu verstehen, dass der zweite Wandabschnitt vollständig bis auf Bereiche der Zuführung und Abführung des zu kühlenden Gases eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses bildet. Im Rahmen der vorgenannten Weiterbildung lässt sich das Gehäuse besonders einfach konstruieren und herstellen, wobei die Vorteile des Konzepts der Erfindung realisiert sind.

Im Rahmen einer davon abweichenden ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der zweite Wandabschnitt nur in einem ersten Teilbereich eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses bildet. Insbesondere betrifft dies nur einen ersten Teilbereich bis auf Bereiche der Zuführung und Abführung des zu kühlenden Gases. Es hat sich im Rahmen der vorgenannten Weiterbildung als besonders zweckmäßig erwiesen, dass der erste Teilbereich im wesentlichen beschränkt ist auf diejenigen Bereiche eines Gehäuseteils und/oder des Gehäuses, welche in Kontakt mit vergleichsweise heißem, insbesondere unge- kühltem Gas sind. Dies betrifft vorzugsweise Eingangs- und/oder Bypassbe- reiche eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses. Dabei ergibt sich vor allem der Vorteil, dass der zweite Wandabschnitt praktisch nur in dem bei dieser Weiterbildung vorgesehenen ersten Teilbereich als ein zum Kühlmittel angrenzender Wandabschnitt ausgelegt werden muss. Mit anderen Worten, im Rahmen dieser Weiterbildung der Erfindung entfallen Maßnahmen zur Auslegung des zweiten Wandabschnitts jenseits des ersten Teilbereichs um den zweiten Wandabschnitt als kühlmittelangrenzender Wandabschnitt auszubilden. Grundsätzlich kann auch ein Abschnitt des zweiten Wandabschnittsgehäuses innenliegend angeordnet sein.

Es hat sich gezeigt, dass die zuvor genannte Weiterbildung der Erfindung sich im Rahmen einer zweiten Variante der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen hat, bei der das Gehäuse einen weiteren dritten Wandabschnitt aufweist. Vorzugsweise kann gemäß der zweiten Variante der erste Wandabschnitt und der zweite Wandabschnitt und der dritte Wandabschnitt mate- rialeinheitlich einstückig gemäß dem Konzept der Erfindung ausgebildet sein. Dabei ergibt sich der im Vergleich zur ersten Variante der Erfindung gegebe- nenfalls zu bevorzugende Vorteil, dass der dritte Wandabschnitt ungekühlt auslegbar ist. Der dritte Wandabschnitt lässt sich somit in vorteilhafterweise besonders einfach auslegen.

Im Rahmen einer Weiterbildung der zweiten Variante der Erfindung kann der dritte Wandabschnitt in einem weiteren, zweiten Teilbereich eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses bilden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass der zweite Teilbereich im wesentlichen beschränkt ist auf diejenigen Bereiche eines Gehäuseteils und/oder des Ge- häuses, welche in Kontakt mit vergleichsweise kühlerem Gas, insbesondere gekühltem und/oder teilgekühltem Gas, sind. Dies betrifft insbesondere Bereiche, die benachbart zum Tauschermittel angeordnet sind und/oder Umlenkbereiche eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses. Mit anderen Worten, es wurde im Rahmen der zweiten Variante der Erfindung erkannt, dass es Bereich von Gehäuseteilen und/oder Bereiche des Gehäuses gibt, welche nicht notwendigerweise gekühlt werden müssen und deshalb ein entsprechender dritter Wandabschnitt - im Vergleich zum zweiten Wandabschnitt - vergleichsweise einfach ausgelegt werden kann.

Der zweite Wandabschnitt und der dritte Wandabschnitt können zusammen praktisch vollständig eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses bilden. Mit anderen Worten, es kann der zweite Wandabschnitt und der dritte Wandabschnitt vollständig bis auf Bereiche der Zuführung und Abführung des zu kühlenden Gases eine Gehäuseaußenwand ei- nes Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses bilden. Ein Abschnitt des dritten Wandabschnitts kann auch gehäuseinnenliegend angeordnet sein.

Es hat sich im Rahmen der zweiten Variante der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der dritte Wandabschnitt dünnwandiger als der zweite Wandabschnitt ausgeführt werden kann. Beispielsweise ist es möglich, den zweiten Wandabschnitt mit einer Wanddicke zu versehen, die in etwa der Wanddicke des ersten Wandabschnitts entspricht. Grundsätzlich kann, wie zuvor erläutert, der dritte Wandabschnitt in vorteilhafterweise einfacher als der zweite Wandabschnitt ausgelegt sein. Gemäß der vorgenannten Weiterbildung hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, eine Ma- terialerspamis durch eine dünnwandigere Auslegung zu erreichen, die auch zu einem Gewichtsvorteil und einer Bauraumeinsparung bei der Vorrichtung der vorgenannten Art führt.

In weitergehender Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Gehäuse als ein Teil eines Ansaugmoduls des Verbrennungsmotors ausgelegt sein. Insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse ist eine solche Integration eines Gaskühlers in das Ansaugmodul auf einfache Weise ermöglicht. So kann etwa das Gehäuse oder auch ein Deckelteil einstückig mit dem Ansaugmodul ausgebildet sein. Ansaugmodule von modernen Verbrennungsmotoren sind zumeist Aluminium-Gussteile, so dass zur Optimierung von Bauraum und Kosten eine Integration der kühlenden Elemente mit den Ansaugkanälen des Verbrennungsmotors zu einem gemeinsamen Modul wünschenswert ist.

Während sich die Erfindung als besonders nützlich zur Verwendung eines Wärmetauschers in Form eines Abgaswärmetauschers erweist und in diesem Sinne zu verstehen ist und während die Erfindung im folgenden im Detail anhand von Beispielen betreffend den Wärmetausch zwischen einem Abgas eines Verbrennungsmotors und einem Kühlmittel beschrieben ist, so sollte dennoch klar sein, dass das hier beschriebene Konzept, wie beansprucht, ebenfalls nützlich im Rahmen von anderen Anwendungen ist, welche außerhalb des Wärmetauschs zwischen Abgas und Kühlmittel im engeren Sinne liegen und Anwendungen betreffen, welche außerhalb dieser Bereiche liegen, wie z.B. der Wärmetausch zwischen einem Kühlmittel und einer Lade- luft und/oder einem Abgas und/oder einem Ladeluft-Abgas-Gemisch. Beispielsweise könnte das vorgestellte Konzept darüber hinaus für Anwendun- gen genutzt werden, bei denen im Vergleich zu den beschriebenen Anwendungen Strömungswege von Kühlmittel und Gas/Abgas/Ladeluft vertauscht sind, d.h. die im folgenden für Kühlmittel beschriebenen Strömungswege einem Gas/Abgas/Ladeluft zur Verfügung gestellt sind und umgekehrt die für Gas/Abgas/Ladeluft beschriebenen Strömungswege einem Kühlmittel zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere betrifft das die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Fig. 12, Fig. 13 und Fig. 14, welche vielseitig einsetzbar sind.

Grundsätzlich eignen sich die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele, insbesondere die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 12, Fig. 13 und Fig. 14, auch dafür, dass als Kühlmittel ein verdampfungsfähiges Medium in den Strömungswegen des Kühlmittels vorgesehen ist. In diesem Fall ist der Wärmetauscher in Form eines Verdampfers ausgebildet. Dies kann insbe- sondere dann zweckmäßig sein, wenn das in den Strömungswegen für Gas/Abgas/Ladeluft verwendete heiße Medium seine Wärme zur Verdampfung des verdampfungsfähigen Mediums, beispielsweise ein Wasser, ein Kältemittel oder sonstige verdampfungsfähige Fluide abgibt. Ein solcher Wärmetauscher in Form eines Kühlers kann besonders bevorzugt hinter ei- ner Abgasturbine, zweckmäßigerweise auf einer Niederdruckseite einer Verbrennungskraftmaschine, angeordnet werden, um die ausgetauschte Wärme, beispielsweise in einem Rankine-Kreislauf, zu nutzen. Ebenso kann ein solcher Wärmetauscher nach dem Prinzip eines Kühlers als Kondensator ausgelegt sein. In diesem Fall wird in den im Folgenden für Kühlmittel be- schriebenen Strömungswegen, d.h. bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 12, Fig. 13 und Fig. 14 in den außenliegenden Strömungswegen, ein kondensierbares Medium geführt und in den im Folgenden für Abgas/Gas/Ladeluft vorgesehenen Strömungswegen, d.h. bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 12, Fig. 13 und Fig. 14 bei den innenliegendem Strömungswegen, ist ein Kühlmedium zur Strömung vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend Form und Details einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Konstruktionen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Fig. der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß einer ersten Variante der Erfindung mit einem separat dargestellten Deckelteil. 007/006237

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Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführung aus Fig. 1 von der Seite.

Fig. 3 zeigt eine kühlmittelseitige Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß einer ersten Variante der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine gasseitige Draufsicht auf die Ausführungsform aus Fig.

3 .

Fig. 5 zeigt eine räumliche schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß einer ersten Variante der Erfindung.

Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel, aus Fig. 5 unter Weglassung ei- nes obersten Plattenelements eines Deckels.

Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 unter Weglassung eines mittleren Plattenelements des Deckels.

Fig. 8 zeigt eine räumliche geöffnete Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 5 bis Fig. 7 von einer Gasseite. Fig. 9 zeigt das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 bis Fig. 8 in geöffneter

Ansicht von einer Kühlmittelseite.

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung aus Fig. 8 entlang der Linie A-A.

Fig. 11 zeigt eine schematische Draufsicht eines an einem Deckel an- geordneten Tauschermittels von der Seite.

Fig. 12 zeigt eine schematische Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 13 zeigt eine räumliche Ansicht eines Gehäuses des Ausführungsbeispiels aus Fig. 12. Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht durch ein Gehäuse eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Fig. 15 zeigt eine gasseitige Draufsicht - ähnlich der in Fig. 1 , Fig. 4 o- der Fig. 8 für eine weitere Ausführungsform gemäß der zweiten Variante der Erfindung bei welcher der Kühler im U-Flow betrie- ben wird. Fig. 16 zeigt eine gasseitige Draufsicht wie in Fig. 15 für eine weitere Ausführungsform gemäß der zweiten Variante der Erfindung bei welcher der Kühler im I-Flow betrieben wird.

Fig. 17 zeigt schematisch ein komplettes Ansaugmodul, dem im rechten Teil ein Abgaskühler und im unteren Bereich ein kühlmittelgekühlter Ladeluftkühler eingebaut ist und bei der gekühlte Wandbereiche gestrichelt dargestellt sind.

In den nachfolgend beschriebenen Ausfϋhrungsbeispielen werden funktionell gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen benannt. Bei den in den Zeichnungen dargestellten Strömungspfeilen handelt es sich im Falle durchgezogener Pfeile um Strömungen des zu kühlenden Gases und im Falle unterbrochener Pfeile um Kühlmittelströmungen.

Das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfasst ein Gehäuse 1, das im Druckguss-Verfahren aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. In Fig. 1 ist das Gehäuse 1 in geöffneter Form neben einem Deckelteil 2 dargestellt, wobei das Deckelteil 2 in einer schematisierten Schnittansicht zur Darstellung von in dem Deckelteil 2 angeordneten Kühlmittelkanälen gezeigt ist.

Das Gehäuse 1 umfasst eine Zuführung 3 und eine Abführung 4 für einen Gasstrom eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung bzw. der Wärmetauscher gemäß Fig. 1 dient der Kühlung eines in Fig. 17 beispielhaft dargestellten rückgeführten Abgasstroms 60 zur Reduktion von Schadstoffen eines Verbrennungsmotors 50 eines Kraftfahrzeugs.

Das Gehäuse 1 hat einen ersten, inneren Wandabschnitt 1a und einen äußeren, den ersten Wandabschnitt 1a beabstandet umlaufenden Wandabschnitt 1b. Die als Anschlussstutzen ausgebildeten Zu- und Abführungen 3, 4 sind an Durchbrechungen der äußeren Wand 1b angeordnet und münden in einen von der ersten, inneren Wandung an drei Seiten umschlossenen Raum 1a. In diesem Raum ist ein Tauschermittel 5 angeordnet, dass als separates Modul innerhalb der inneren Wandung 1a vorgesehen ist. Das Tauschermittel 5 ist ein Kühlkörper, der von einem flüssigen Kühlmittel mittels Anschlüssen 5a, 5b durchströmbar ist. Zwischen der Zu- und der Abführung 3, 4, die auf der gleichen Seite des Gehäuses 1 nebeneinander angeordnet sind, ist innerhalb der ersten Wandung 1a ein Eintrittsbereich 6 für den Gasstrom vorgesehen. Auf der hinsichtlich des Gasstroms anderen Seite des Kühlkörpers 5 ist zwischen der inneren Wandung 1a und dem Kühlkörper 5 ein Umlenkbereich 7 vorgesehen. In dem Eintrittsbereich 6 ist zudem an geeignet ausgebildeten Leitstrukturen 8 ein bewegliches Stellglied 9 in Form einer Stellklappe vorgesehen. Mittels dieser Stellklappe 9 kann der Abgasstrom einstellbar wahlweise entweder unmittelbar von der Zuführung 3 zu der Abführung 4 geleitet werden oder zum Durchlaufen des Kühlkörpers 5 geleitet werden. Somit ist durch das Stellglied 9 ein Bypass-Betrieb selektierbar, was je nach Betriebs- zustand des Verbrennungsmotors gewünscht sein kann.

Zwischen dem inneren Wandabschnitt 1a und dem äußeren Wandabschnitt 1 b verbleibt ein schmaler Zwischenraum 1c zur Durchströmung mit Kühlmittel. Hierdurch wird insbesondere der innere Wandabschnitt 1a gekühlt, was vor allem im Eintrittsbereich 6 aufgrund der hohen Temperaturen des Abgasstroms erforderlich ist, da das Gehäuse 1 aus einer Aluminiumlegierung besteht.

Das Gehäuse 1 ist zumindest mit dem inneren Wandabschnitt 1a und dem äußeren Wandabschnitt 1b als materialeinheitlich einstückiges Druckgussteil ausgeformt.

Ein unterer Boden 10 des Gehäuses 1 kann ebenfalls einstϋckig mit den

Wandabschnitten 1a, 1b in dem Druckgussverfahren ausgebildet sein. In der Draufsicht gemäß Fig. 1 wäre dann eine einseitige Entformung des Guss- stücks gegeben, wobei sowohl der gasführende Bereich als auch der kühlmittelführende Bereich durch die gleiche Gussformseite ausgebildet würden.

In einer möglichen Abwandlung kann das Gehäuse 1 mit den Wandabschnit- ten 1a und 1b auch ein Abschnitt eines Strangpressprofils sein. In diesem Fall wäre das kühlmittelseitige Bodenteil 10 separat aufgesetzt, wobei es zweckmäßig ähnlich wie das nachfolgend beschriebene Deckelteil 2 Kanäle zur Durchleitung von Kühlmittel und somit zur Kühlung des Bodenteils 10 im Bereich des Kontakts mit dem Gasstrom aufweisen könnte. In jedem Fall sind jedoch der Wandabschnitt 1a, der den Gasstrom von dem Kühlmittelstrom trennt und der Wandabschnitt 1b, der den Kühlmittelstrom von der Umgebung trennt materialeinheitlich einstückig ausgebildet.

Das Deckelteil 2, das eine obere Abdeckung des Gehäuses 1 bildet, ist aus insgesamt drei Plattenelementen 2a, 2b, 2c (siehe Fig. 2) zusammengesetzt, die aus Aluminium bestehen und flächig miteinander verlötet sind. Jedes der

Plattenelemente 2a, 2b, 2c weist geeignete Durchbrechungen auf, die einer

Verteilung des flüssigen Kühlmittels dienen. Das obere Plattenelement 2a hat eine Durchbrechung zum Anschluss einer Zuführung 11 für das Kühlmittel. Das mittlere Plattenelement 2b, das in der Draufsicht in Fig. 1 gezeigt ist, hat

Kanäle 12, 13, 14 in denen das Kühlmittel in der Ebene des Deckelteils 2 strömt. Das untere Plattenelement 2c hat Durchbrechungen 15, mittels derer eine Verbindung der Kanäle 12, 13, 14 einerseits mit dem Tauschermittel 5 und andererseits mit den Kühlmittel führenden Räumen 1c des Gehäuses 1 zwischen den Wandungen 1 a, 1 b hergestellt werden.

Wie insbesondere die Schnittansicht gemäß Fig. 2 zeigt, strömt das gesamte Kühlmittel über die Zuführung 11 und die Durchbrechung in dem oberen Plattenelement 2a in den Kanal 12 des mittleren Plattenelements 2b sowie durch eine kongruente Durchbrechung des unteren Plattenelements 2c in das Tauschermittel 5. Nach Zirkulation in dem Tauschermittel 5 tritt das Kühlmittel durch eine weitere Durchbrechung des unteren Plattenelements 2c in den Kanal 13 des mittleren Plattenelements 2b ein, von dem es über die Kanäle 14 in einen Kühlmittel führenden Schacht 1d des Gehäuses 1 geleitet wird. Dieser Schacht 1d ist mit einem Stutzen 16 zur Abführung des Kühlmittels aus dem Gehäuse 1 verbunden. Der Schacht 1d befindet sich im Eintrittsbereich 6 des Gasstroms und wird an einer Seite von der äußeren Wand 1b in unmittelbarer Nachbarschaft der Zuführung 3 und Abführung 4 des Gasstroms abgeschlossen. Auf diese Weise wird dieser temperaturkritische Bereich der Wand 1 b gekühlt.

Der Teilstrom des Kanals 12 des mittleren Plattenelements 2b wird durch eine Durchbrechung 15 des unteren Plattenelements 2c in einen den Großteil des Gehäuses 1 umlaufenden Zwischenraum 1c geleitet, so dass ein möglichst großer Teil des mit dem Gasstrom in Kontakt stehenden Wandab- Schnitts 1a durch das Kühlmittel gekühlt wird. Über geeignete Durchbrechungen im unteren Plattenelement 2c sowie die Kanäle 14 des mittleren Plattenelements 2b wird dieser Teilstrom ebenfalls dem Teil 1d zugeleitet, so dass das gesamte Kühlmittel das Gehäuse 1 über den Abführstutzen 16 verlässt.

Das Tauschermittel 5 stellt vorliegend ein mit dem Deckelteil 2 verbundenes, von dem Gehäuse 1 separates Modul dar. Eine beispielhafte Ausbildung des Tauschermittels 5 ist in Fig. 11 dargestellt. Das Tauschermittel 5 ist dabei als Stapel von Scheiben 5c aufgebaut, wie sie in ähnlicher Weise z. B. von Sta- pelscheiben-Ölkühlern bekannt sind. Der Stapel von Scheiben 5c bildet ins- gesamt einen Hohlraum 5d zur Durchströmung mit dem Kühlmittel, wobei plattenartige Ausformungen der Scheiben 5c Zwischenräume 5e ausbilden, die von dem Gasstrom unter möglichst großflächigem Kontakt durchströmt werden. Eine solche Stapelscheiben-Ausführung kann zweckmäßig aus geformten Blechteilen aus korrosionsresistentem Stahl bestehen. Grundsätzlich ist das Tauschermittel 5 auch aus Aluminium herstellbar. Grundsätzlich kann das Tauschermittel 5 auch materialeinheitlich einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet sein.

Je nach Ausführung des Tauschermittels kann es zur Verbesserung der Tauscherleistung Rippen, Turbulenzeinlagen, eingeprägte Strukturen wie etwa Finnen aufweisen, die je nach Anforderung auf der Kühlmittelseite und/oder auf der Gasseite angeordnet sind.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 liegen im Prinzip die gleiche Funktion und weitgehend gleiche Strömungswege vor wie im ersten Ausführungsbeispiel. Als wesentlicher Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse gemäß Fig. 3 und Fig. 4 mit einem Druckguss- Verfahren mit zumindest zweiteiliger Gießform hergestellt, bei dem eine erste Entformungsseite des Gehäuses 1 der Führung des Kühlmittels zugeordnet ist und eine zweite Entformungsseite der Führung des Gasstroms zugeordnet ist. Die Entformungsseite des Kühlmittels ist in Fig. 3 dargestellt und die Entformungsseite des Gasstroms ist in Fig. 4 gezeigt. Sowohl auf der Kühlmittelseite als auch auf der Gasseite liegt auf dem Gehäuse 1 jeweils ein Deckelteil (nicht dargestellt) auf. Die Deckelteile können mittels Dichtungen und z. B. Verschraubungen oder auch mittels flächiger Verlötung dichtend festgelegt sein.

Aufgrund der vom ersten Ausführungsbeispiel abweichenden Konstruktion umfasst das Gehäuse 1 des zweiten Ausführungsbeispiels einen material- einheitlich einstückigen Zwischenboden, der sich parallel zu der Strömungsrichtung des Gasstroms über den größten Teil des Gehäuses 1 erstreckt und dem Wandabschnitt 1a zugeordnet ist, da er einerseits an das Kühlmittel und andererseits an den Gasstrom grenzt. Dieser Zwischenboden 1a hat eine Durchbrechung 17, mittels der Kühlmittel von der kühlmittelführenden Ge- häuseseite (Fig. 3) zu dem modularen Tauschermittel 5 geführt wird. An die- ser Durchbrechung 17 ist eine Dichtung zur Abdichtung des Gasstroms gegen das Kühlmittel vorgesehen.

Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt über einen Zuführstutzen 18, der den gasseitigen Deckel, also den auf die Ansicht nach Fig. 4 aufgesetzten Deckel, durchgreift und in das Tauschermittel 5 mündet. Nach Durchströmung des Tauschermittels 5 tritt das Kühlmittel durch die Durchbrechung 17 in den kühlmittelseitigen Raum des Gehäuses 1 ein. Das der Seite gemäß Fig. 3 zugeordnete Deckelteil weist einen ausreichenden Abstand zu dem Zwi- schenboden 1a auf, so dass das Kühlmittel flächig über den gesamten Zwischenboden strömen kann. Ebenso durchströmt es den sich in Fig. 3 senkrecht erstreckenden Zwischenraum 1c zwischen den Wandabschnitten 1a und 1b, so dass auch die senkrecht stehenden Trennwände 1a zwischen Kühlmittel und Gasstrom gekühlt sind. Ähnlich dem ersten Ausführungsbei- spiel ist ein schachtartiger Hohlraum 1d vorgesehen, der in der Nähe der Zuführung und Abführung 3, 4 des Gasstroms an der Außenwand 1 b angeordnet ist. Von diesem Schacht 1d wird wie im ersten Ausführungsbeispiel das Kühlmittel durch einen Abführstutzen weggeführt.

Das Gehäuse 1 des zweiten Ausführungsbeispiels kann in einer Abwandlung auch aus einem Blechformteil, insbesondere aus nichtrostendem Stahl, bestehen. Das Blech kann zum Beispiel durch einfaches Tiefziehen verformt werden. Die Verhältnisse der Tiefen der Strukturen zu Höhe und Breite des Gehäuses können zur Ermöglichung des Tiefziehens entsprechend ange- passt werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen Fig. 5 bis Fig. 10. Dies hat mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und Fig. 4 gemeinsam, dass das Gehäuse 1 in einem Gussverfahren mit einer gasseitigen Entformungsseite (siehe An- sieht nach Fig. 8) und einer kühlmittelseitigen Entformungsseite (siehe Ansicht nach Fig. 9) hergestellt wird. Sowohl gasseitig als auch kühlmittelseitig ist ein Deckel auf dem Gehäuse 1 angeordnet. Der gasseitige Deckel 2 besteht wie im ersten Ausführungsbeispiel aus drei Plattenelementen 2a, 2b, 2c. Das obere Plattenelement 2a weist einen Zuführstutzen 18 für das Kühlmittel auf. Der Zuführstutzen 18 führt in das modulartig ausgebildete Tau- schermittel 5, das an dem Deckelteil 2 festgelegt ist.

Ein Austritt des Kühlmittels aus dem Tauschermittel 5 führt über Durchbrechungen 20 des untersten Plattenelements 2c des Deckels 2 in kanalartige Durchbrechungen 19 des mittleren Plattenelements 2b. Durch die Durch- Strömung der Kanäle 19 (in Fig. 6 ist lediglich beispielhaft ein kurzer Kanal dargestellt) wird das Deckelteil 2 gekühlt. Über Durchbrechungen 20 in dem unteren Plattenelement 2c wird der Kühl mitte Istrom dann in das Gehäuse 1 weitergeführt, wo er zur Kühlung der Wandabschnitte 1a, 1 b zwischen diesen angeordnete Hohlräume 1c durchströmt.

Als weiterführende Ausgestaltung ist in dem Gehäuse 1 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 bis Fig. 10 mittels geeigneter Durchbrechungen ein Ventilglied 21 zur Steuerung des Gasstroms angeordnet. Das Ventilglied 21 um- fasst einen Ventilschieber 22 und eine gasdicht durch die Wand 1 b geführte Schieberstange 23, die mit einem in Fig. 15 beispielhaft dargestellten Antrieb M verbunden ist.

Das Ventilglied 21 kann mittels Stahl-, Keramik- oder sonstigen Einsätzen in dem Aluminiumgehäuse aufgenommen sein.

Der Ventilschieber ist in der schematischen Darstellung ein länglicher Zylinder, der in einer Mittelstellung zwei Durchbrechungen zweier Wandabschnitte 24, 25 durchgreift. In dieser Mittelstellung (siehe Fig. 8) wird der Durchtritt für den Gasstrom völlig versperrt, der entweder einen Weg durch die Wandung 24 und nachfolgend durch das Tauschermittel 5 oder durch die Wandung 25 und unmittelbar zum Gasaustritt 4 nehmen kann. Je nach Bewegung des Schiebers 22 aus seiner Mittellage in die eine oder andere Richtung kann sowohl Größe als auch Verlaufsweg des Gasstroms eingestellt werden. Bei dem unmittelbaren Weg vom Eintritt 3 zum Austritt 4 durch die Wand 25 handelt es sich um einen Bypass-Betrieb, bei dem der Gasstrom keine nen- nenswerte Kühlung erfährt.

Ein weiteres vorteilhaftes Detail der Ausführung nach Fig. 5 bis Fig. 10 ergibt sich aus der Schnittansicht nach Fig. 10. Ein Trennsteg 26 zwischen hinlaufendem und rücklaufendem Gasstrom weist entsprechend der Konstruktion des Gehäuses 1 kühlmittelseitig einen Hohlraum auf. An einem kühlmittelsei- tigen Deckel 27 sind Umlenkstege 27a ausgeformt, die in diesen Hohlraum hineinragen. Hierdurch erfährt das Kühlmittel gemäß Fig. 10 in dem Hohlraum 26 eine mehrfache Umlenkung, so dass der gasseitige Trennsteg 26 besonders gut gekühlt ist.

Da das kühlmittelseitige Deckelteil 27 keinen unmittelbaren Kontakt mit dem zu kühlenden Gas hat, kann es auch im Fall heißer Gase grundsätzlich aus Kunststoff bestehen. Es kann sich aber auch um ein Aluminium-Deckelteil handeln, das auf zuvor beschriebene Weise über Dichtungen mechanisch festgelegt oder verklebt oder flächig verlötet ist.

Die Strömungswege des Kühlmittels können in den Ausführungen nach Fig. 1 bis Fig. 10 je nach Anordnung der zuführenden, abführenden und verteilenden Kanäle unterschiedlich sein. Es kann zunächst das Tauschermittel und nachfolgend das Gehäuse durchströmen oder umgekehrt. Alternativ oder ergänzend kann ein Strömungsabzweig vorgesehen sein, mittels dessen ein Teilstrom das Tauschermittel und ein anderer Teilstrom die Kanäle zur Gehäuse- und Deckelkühlung durchströmt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis Fig. 10 handelt es sich hierbei nicht um einen U-Flow-Wärmetauscher, sondern um einen I- Flow- Wärmetauscher, bei dem der Gasstrom den Wärmetauscher in Längsrichtung durchströmt und der Zuführstutzen 3 bezüglich des Gehäuses 1 auf der gegenüberliegenden Seite des Abführstutzens 4 angeordnet ist.

Das Gehäuse 1 des Wärmetauschers nach Fig. 12 und Fig. 13 ist als materialeinheitlich einstückiges Strangpressprofil aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Das Strangpressprofil 1 umfasst eine zentrale durchgängige Kammer 28 zur Führung des Gasstroms, die von einem Wandabschnitt 1a im Wesentlichen kreisförmig umschlossen ist. Von dem ersten Wandabschnitt 1a reichen Rippenelemente 29 in die Kammer 28 hinein, um die Wandungsoberfläche zur Verbesserung des Wärmeaustauschs zu vergrößern. Der erste Wandabschnitt 1a ist konzentrisch von einem zweiten Wandabschnitt 1 b umgeben, der eine Außenwand des Gehäuses 1 bildet. Eine Anzahl von Verbindungsstegen 30 verbinden den ersten Wandabschnitt 1a mit dem zweiten Wandabschnitt 1b. Zwischen dem ersten Wandabschnitt 1a und dem zweiten Wandabschnitt 1 b sind eine Mehrzahl von Durchtrittskanälen 31 zur Durchführung des Kühlmittels angeordnet. Der Wandabschnitt 1 b trennt somit das Kühlmittel von der Umgebung und der Wandabschnitt 1a, der mit dem Wandabschnitt 1 b einstückig materialeinheitlich ausgebildet ist, trennt den Gasstrom von dem Kühlmittel. Jeweils endseitig des Gehäuses 1 sind gemäß Fig. 12 ein eintrittsseitiger Anschlussbereich 32 und ein austrittsseiti- ger Anschlussbereich 33 angeordnet.

Die Anschlußbereiche 32, 33 sind mit dem Gehäuse 1 verklebt oder unter ausschließlich lokaler Erhitzung verlötet. Auch eine Verschraubung in Verbindung mit Dichtmitteln ist möglich. Wichtig ist, dass das Strangpressprofil 1 während der Montage nicht mehr vollständig erhitzt wird, da Untersuchungen ergeben haben, das stranggepresstes Aluminium eine besonders gute Kor- rosionsbeständigkeit gegen heiße Abgase aufweist. Dieser überraschende Effekt könnte durch die bei den Temperatur- und Druckverhältnissen des EP2007/006237

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Strangpressens entstehende Kristallstruktur des Materials erklärbar sein. Wichtig für eine gute Funktion hinsichtlich der Korrosionsresistenz des Aluminiums des Gehäuses 1 ist, dass keine übermäßige Erhitzung im Zuge der Herstellung der gesamten Vorrichtung mehr vorgenommen wird.

Ein weiterer Vorteil der Ausführung nach Fig. 12 und Fig. 13 ergibt sich dadurch, dass das rohrartige längliche Gehäuse 1 zur Anpassung an den zur Verfügung stehenden Bauraum gebogen werden kann.

Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 12 und Fig. 13 ist in Fig. 14 dargestellt. Gezeigt ist ein Querschnitt durch ein abgewandeltes Gehäuse 1. Das abgewandelte Gehäuse ist in der Querschnittsform nicht rund, sondern im Wesentlichen rechteckig. Zwischen einem äußeren Wandabschnitt 1b und einem inneren Wandabschnitt 1a sind Kühlmittelkanäle 31 ausgebil- det. Der erste Wandabschnitt 1a umfängt einen Gaskanal 28, der zum Zweck der besseren Kühlung mit stegartig von der Wandung 1a vorspringenden Rippenelementen 29 versehen ist. Benachbart des Gaskanals 28 ist ein zur Gasführung ausgebildeter Bypass-Kanal 34 in dem Strang pressprofi I vorgesehen. Im vorliegenden Beispiel hat der Bypass-Kanal 34 eine Innenverklei- düng aus einem Edelstahlblech 35 zur besseren thermischen Isolierung, da bei Durchströmung des Bypass-Kanals eine möglichst geringe Kühlung des Abgases gewünscht ist.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms 60 eines Verbrennungsmotors 50 gemäß einer zweiten Variante der Erfindung in schematischer Form, wie sie beispielsweise - in ange- passter Ausführung - ähnlich wie in Fig. 17 gezeigt, im Rahmen eines Ansaugmoduls 40 für einen Verbrennungsmotor 50 realisiert werden kann.

Grundsätzlich entspricht die Funktionsweise des in Fig. 15 gezeigten Moduls der eines Moduls wie es in Fig. 1 , Fig. 4 oder Fig. 8 gezeigt ist. Insbesondere wird, ähnlich wie bei dem in Fig. 4 gezeigten Modul auch bei dem in Fig. 15 gezeigten Modul das als Kühler ausgebildete Tauschermittel 5 in einer U- Flow-Anordnung betrieben.

Sowohl Fig. 15 als auch Fig. 16 zeigen dazu nur eine gasseitige Entfor- mungsseite des Gehäuses 1, ähnlich wie dies in Fig. 1 , Fig. 4 und Fig. 8 der Fall ist. Fig. 16 zeigt bei ansonsten gleicher Funktionsweise die Anordnung eines als Kühler ausgebildeten Tauschermittels 5 in dem Modul in einer I- Flow-Anordnung. Darüber hinaus ist ein Bypass 34 realisiert, welcher durch eine in Fig. 16 optional vorgesehene Trennwand 1e' vom Tauschermittel 5 abgeschirmt werden kann. Ansonsten sind in Fig. 15 bis Fig. 17 Teile mit gleicher Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und wie bereits bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen Kühlmittelströme mit punktierten Pfeilen und Gasströme mit durchgezogenen Pfeilen symbolisiert.

Insbesondere erfolgt zwischen der Öffnung 17 und dem Kanal 1d die Kühlmittelübergabe an das Gehäuse über den Deckel. Die Kühlmittelübergabe für den innenliegenden Bereich 1b' von innen nach außen erfolgt auf der Kühlmittelseite, welche bei der in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten Ausführungsform auf der Unterseite des Gehäuses angeordnet ist.

Die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele gemäß der erste Variante der Erfindung sehen vor, dass der erste Wandabschnitt 1a und insbesondere auch der zweite Wandabschnitt 1 b des Gehäuses 1 bzw. eines Gehäuseteils als ein gekühlter Wandabschnitt ausgelegt ist. Im Unterschied dazu sehen die im Rahmen der Fig. 15 und Fig. 16 erläuterten Ausführungsbeispiele gemäß der zweiten Variante der Erfindung vor, dass nur ein Teil der außenliegenden Gehäusewandung durch Kühlmittel gekühlt wird und praktisch nur diejenigen Wandbereiche, die auch mit vergleichsweise heißem Abgas in Kontakt treten, gekühlt werden. Demgemäß bildet der zweite Wandabschnitt 1b bei den in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispielen nur in ei- nem ersten Teilbereich, nämlich in dem gestrichelt dargestellten Teilbereich, bis auf Bereiche der Zuführung 3 und Abführung 4 des zu kühlenden Gases 60, eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteils und/oder eines Gehäuses 1. Der gestrichelt dargestellte Teilbereich der Fig. 15 und der Fig. 16 ist im wesentlichen beschränkt auf diejenigen Bereiche des Gehäuseteils und/oder des Gehäuses 1 , welche in Kontakt mit dem vergleichsweise heißen und un- gekühlten Gas sind. Vorliegend ist dies im Eingangsbereich auf der in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten rechten Seite und/oder im Bypassbereich auf der in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten linken Seite des Gehäuseteils und/oder des Gehäuses 1 der Fall. Dazu ist darüber hinaus ein Abschnitt 1b' des zweiten Wandabschnitts 1b gehäuseinnenliegend angeordnet.

Sowohl bei dem in U-Flow-Bauweise realisierten Modul der Fig. 15 als auch bei dem in I-Flow-Bauweise realisierten Modul der Fig. 16 ist gemäß der zweiten Variante der Erfindung das Gehäuse - bzw. der vorliegend gezeigte gasseitige Gehäuseabschnitt - mit einem dritten ungekühlten Wandabschnitt 1e versehen, welcher in einem weiteren, zweiten, ungestrichelt dargestellten Teilbereich eine Gehäuseaußenwand des vorliegend gezeigten gasseitigen Gehäuseteils bzw. des Gehäuses 1 bildet. Der zweite Teilbereich ist, wie aus Fig. 15 und Fig. 16 ersichtlich, beschränkt auf diejenigen Bereiche des Gehäuseteils, welche in Kontakt mit vergleichsweise kühlerem Gas bzw. gekühltem und/oder teilgekühltem Gas sind - wie beispielsweise der Umlenkbereich 7 oder Bereiche welche benachbart zum Tauschermittel 5 liegen. Dagegen ist ein angrenzend zum Bypass angeordneter Bereich, wie er in Fig. 16 ge- zeigt ist, als ein zu kühlender Bereich mit einem zweiten Wandabschnitt 1b versehen. Der zweite Wandabschnitt 1b und der dritte Wandabschnitt 1e bilden zusammen praktisch vollständig eine Gehäuseaußenwand des vorliegend gezeigten gasseitigen Gehäuseteils - bzw. bei zu Fig. 1 analoger Ausführung, des Gehäuses 1. Die in Fig. 16 gezeigte optionale Trennwand ist somit als ein gehäuseinnenliegender Abschnitt 1e' des dritten Wandabschnitts 1e ausgeführt. Es hat sich gezeigt, dass bei den in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten Ausführungsformen gemäß der zweiten Variante der Erfindung, ohne weitere Gewichtszunahme, die gekühlten Wandbereiche - also die gestrichelt ausge- führten Wandabschnitte 1b - mit einer deutlich erhöhten Wandstärke ausgeführt werden können als die ungekühlten Wandbereiche - nämlich die Bereiche des dritten Wandabschnitts 1e. Darüber hinaus erlaubt die weitere Ausführung von hier nicht gezeigten Ausführungsformen die Auslegung eines gekühlten Wandabschnitts 1b im Unterschied zu einem ungekühlten Wand- abschnitt 1e in einer nach Anwendung besonders zweckmäßigen Art und Weise.

Fig. 17 zeigt eine beispielhafte Möglichkeit, wie ein in I-Flow-Bauweise realisiertes Modul - beispielsweise ein Modul der Fig. 16 - in ein Ansaugmodul 40 integriert werden kann. Dazu wird ein vom Motor rückgeführter Abgasstrom 60 über eine Gaszuführung 3 dem Modul zugeleitet und dort weitergeführt, wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsformen der ersten und zweiten Variante beschrieben. Vorliegend sind wiederum die zur Kühlung doppel- oder dickwandig ausgelegten Wandabschnitte 1b gestrichelt ausgeführt. Im Rah- men der in Fig. 17 gezeigten Ausführungsform sind dies praktisch alle ge- häuseaußenseitig liegenden Wandabschnitte. Dennoch ist dem Konzept der zweiten Variante der Erfindung folgend ein in Fig. 16 als dritter Wandabschnitt gezeigter Abschnitt 1e - in Fig. 17 bezeichnet als Wandabschnitt 1eb - dünnwandiger ausgeführt als der zweite Wandabschnitt 1b. Dies macht deutlich, dass im Rahmen einer zwischen der ersten Variante und der zweiten Variante der Erfindung vermittelnden Lehre ein Wandabschnitt 1eb für eine vergleichsweise weniger aufwändige Kühlung ausgelegt werden kann im Vergleich zu einem zweiten Wandabschnitt 1b. Bei einem Wandabschnitt 1eb handelt es sich dennoch um einen im Vergleich zum nichtgekühlten drit- ten Wandabschnitt 1 e gekühlten Wandabschnitt. Bei dem in Fig. 17 gezeigten Ansaugmodul 40 ist darüber hinaus im unteren Bereich ein kühlmittelgekühlter Ladeluftkühler 51 angeordnet, welchem über eine Drosselklappe 52 Ladeluft zugeführt werden kann und dem über eine Zuführung 58 bzw. eine Abführung 56 Kühlmittel zu- und abgeführt werden kann.

Ähnlich wie in Fig. 8 ist auch bei den in Fig. 15 und Fig. 16 gezeigten Ausführungsformen ein zylindrischer Schieber 22 realisiert, der über eine Schieberstange 23 und einen Antrieb M aktivierbar ist, so dass das Gas entweder ü- ber einen Bypass-Pfad 1 oder einen Kühlpfad 2 geleitet wird.

Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms (60) eines Verbrennungsmotors (50), umfassend ein Gehäuse (1 ) mit einem ersten Wandabschnitt (1a) und einem zweiten Wandabschnitt (1 b); eine Zuführung (3) und eine Abführung (4) für ein zu kühlendes Gas, insbesondere Abgas und/oder Ladeluft des Verbrennungsmotors; eine Zuführung (18) und eine Abführung (16) für ein insbesondere flüssiges Kühlmittel; ein Tauschermittel (5) zur Wärmeübertragung zwischen dem Gas und dem Kühlmittel; wobei der erste Wandabschnitt (1a) zwischen dem Kühlmittel und dem

Gasstrom angeordnet ist und der zweite Wandabschnitt (1b) zwischen dem Kühlmittel und einer Umgebung, insbesondere der Atmosphäre, angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandabschnitt (1a) und der zweite Wandabschnitt (1 b) materialeinheitlich einstückig ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wandabschnitt (1a, 1b) des Gehäuses (1) aus einem Leichtmetall, insbesondere auf Basis von Aluminium, bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein den ersten und den zweiten Wandabschnitt (1 a, 1b) umfassender Gehäuseteil (1) als Gussteil, insbesondere Druckgussteil, ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge- häuseteil (1) eine erste Entformungsseite und eine zweite Entfor- mungsseite aufweist, wobei die erste Entformungsseite zur Führung des Kühlmittels und die zweite Entformungsseite zur Führung des Gases ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein den ersten und den zweiten Wandabschnitt (1a, 1b) umfassender Gehäuseteil (1) als Strangpressprofil ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wandabschnitt (1 a, 1 b) des Gehäuses (1) aus einem

Blechformteil, insbesondere aus einem nichtrostenden Stahl, ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil ein Tiefziehteil ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zumindest ein nicht einstückig mit den Wandabschnitten ausgebildetes Deckelteil (2, 10) umfasst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Deckelteil (2, 10) Dichtmittel zur Abdichtung des Kühlmittels und/oder des Gases vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (2, 10) mit dem weiteren Gehäuse (1) dichtend verlötet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines von beiden, die Zuführung (18) oder die Abführung (16) des Kühlmittels, an dem Deckelteil (2, 10) ange- ordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Deckelteil (2, 20) ein Kanal (12, 13, 14, 19) zur Führung des Kühlmittels angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (2, 10) zumindest zwei aufeinander angeordnete plattenartige Elemente (2a, 2b, 2c) umfasst, wobei der Kanal (12, 13, 14, 19) durch eine Ausnehmung in zumindest einem der plattenartigen EIe- mente (2b) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (2) eine Überströmöffnung (20) zur Verbindung des Kanals (12, 13, 14, 19) mit dem weiteren Gehäuse (1) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) als mit dem Deckelteil (2) verbundenes Modul ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) als Stapel von Scheiben (5c) ausgeformt ist, wobei insbesondere der Stapel von dem Kühlmittel durchströmbar und von dem Gas umströmbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) mit einer Mehrzahl von Kühlrippen (29) ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) als Gussteil, insbesondere Druckgussteil, gebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) als Strangpressteil gebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) ein Rohrbündel umfasst.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel (5) als in dem Gehäuse angeordnetes Modul ausgebildet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Tauschermittel materialeinheitlich einstückig mit dem ersten und dem zweiten Wandabschnitt (1a, 1b) ausgebildet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauschermittel eine Mehrzahl von durch das Gas umströmbaren, ma- terialeinheitlich einstückig mit dem ersten Wandabschnitt ausgeformte

Kühlerrippen (29) umfasst.

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als U-flow-Kühler.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, ausgebildet als I- Flow-Kühler.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25 gekennzeichnet durch einen Bypass- kanal (34).

27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) ein Ventilglied (21) zur einstellbaren Umlenkung des Gasstroms angeordnet ist.

28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) ein Ventilglied (21) zur einstellbaren Regelung einer Gesamtgröße des Gasstroms angeordnet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass über das Ventilglied (21 ) zudem eine Umlenkung des Gasstroms durch das Tauschermittel oder einen Bypassweg einstellbar ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandabschnitt (1a) und/oder der zweite Wandabschnitt (1 b) ein gekühlter Wandabschnitt ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekenn- zeichnet, dass der erste Wandabschnitt (1a), insbesondere vollständig, gehäuseinnenliegend angeordnet ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (1 b) praktisch vollständig, insbesondere vollständig bis auf Bereiche der Zuführung (3) und der Abführung (4) des zu kühlenden Gases, eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteiles und/oder eines Gehäuses (1) bildet.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (1b) nur in einem ersten

Teilbereich, insbesondere nur in einem ersten Teilbereich bis auf Bereiche der Zuführung (3) und Abführung (4) des zu kühlenden Gases, eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteiles und/oder eines Gehäuses (1) bildet.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilbereich im wesentlichen beschränkt ist auf diejenigen Bereiche eines Gehäuseteils und/oder Gehäuses (1), welche in Kontakt mit vergleichsweise heißem, insbesondere unge- kühltem, Gas sind, insbesondere beschränkt ist auf Eingangs- und/oder Bypass-Bereiche eines Gehäuseteiles und/oder eines Gehäuses (1).

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Abschnitt des zweiten Wandabschnitts (1b) gehäu- seinnenliegend angeordnet ist.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) einen weiteren dritten Wandabschnitt (1e) aufweist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandabschnitt (1 a) und der zweite Wandabschnitt (1b) und der dritte Wandabschnitt (1e) materialeinheitlich einstückig ausgebildet sind.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wandabschnitt (1e) ungekühlt ist.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekenn- zeichnet, dass der dritte Wandabschnitt (1e) in einem weiteren zweiten Teilbereich eine Gehäuseaußenwand eines Gehäuseteiles und/oder eines Gehäuses (1 ) bildet.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein zweiter Teilbereich im wesentlichen beschränkt ist auf diejenigen Bereiche eines Gehäuseteiles und/oder eines Gehäuses (1 ), welche in Kontakt mit vergleichsweise kühlerem Gas, insbesondere gekühltem und/oder teilgekühltem Gas, sind, insbesondere beschränkt ist auf dem Tauschermittel (5) benachbarte Bereiche und/oder Umlenkbereiche (7) eines Gehäuseteiles und/oder eines

Gehäuses (1).

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandabschnitt (1b) und der dritte Wandab- schnitt (1e) zusammen praktisch vollständig, insbesondere vollständig bis auf Breiche der Zuführung (3) und Abführung (4) des zu kühlenden Gases, eine Gehäusewand eines Gehäuseteiles und/oder eines Gehäuses (1) bilden.

42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des dritten Wandabschnitts (1e) gehäu- seinnenliegend angeordnet ist.

43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekenn- zeichnet, dass der dritte Wandabschnitt (1e) dünnwandiger als der zweite Wandabschnitt (1b) ausgeführt ist, insbesondere mit einer Wanddicke, die in etwa der Wanddicke des ersten Wandabschnitts (1a) entspricht.

44. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Gehäuse (1) Teil eines Ansaugmoduls (40) des Verbrennungsmotors (50) ist.

45. Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Abgasrückführung, einen Kompressor und gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 in Form eines

Abgas-Wärmetauschers, insbesondere -Kühlers.

46. Ladeluftzuführsystem für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Ladeluftansaugung, einen Luftfilter, einen Kompressor und gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 in Form eines Ladeluft-Wärmetauschers, insbesondere -Kühlers.

47. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Abgaskühler zur direkten oder indirekten Kühlung von Abgas in einem

Abgasrückführsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

48. Verwendung der Vorrichtung, insbesondere des Abgas-Kühlers, nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Zuheizer zur Innenraumerwärmung eines Kraftfahrzeugs.

49. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Ladeluftkühler zur direkten oder indirekten Kühlung von Ladeluft in ei- nem Ladeluftzuführsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.

50. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Verdampfer, insbesondere zur Führung eines als verdampfungsfähiges Medium ausgelegten Kühlmittels.

51. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Kondensator, insbesondere zur Führung eines als kondensierfähigen Mediums ausgelegten Gasstroms.

52. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 als Ölkühler, insbesondere zur Kühlung von Motoröl und/oder Getriebeöl.

53. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44 Kältemittelkühler oder Kältemittelkondensator in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eins Kraftfahrzeugs.