EP2169207A2 - Kfz-Abgaskühler - Google Patents

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Publication number
EP2169207A2
EP2169207A2 EP09169480A EP09169480A EP2169207A2 EP 2169207 A2 EP2169207 A2 EP 2169207A2 EP 09169480 A EP09169480 A EP 09169480A EP 09169480 A EP09169480 A EP 09169480A EP 2169207 A2 EP2169207 A2 EP 2169207A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cassette
exhaust gas
gas cooler
inner cassette
reinforcing strip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09169480A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Heuer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle exhaust gas cooler with a jacket-cooled inner cassette for cooling exhaust gas of an internal combustion engine and to a method for producing the inner cassette.
  • the inner cassette is usually made of two die-cast aluminum parts, namely a housing body enclosing substantially five sides and a cassette cover closing off the opening side of the housing body.
  • the edge region of the cassette lid and the edge region near the opening of the housing body are connected to one another in a liquid-tight and gastight manner by a circumferential radial weld seam.
  • the weld is arranged substantially radially, that is, it bridges the gap between the housing body and the cassette lid edge region substantially parallel to the base plane of the cassette lid.
  • An object of the invention is to provide a vehicle exhaust gas cooler or a method for producing the exhaust gas cooler inner cassette, in which the preparation of the connection and the seal between the cassette lid and the housing body of the inner cassette is simplified.
  • the exhaust gas cooler according to the invention according to claim 1 has at least one reinforcing strip, which engages around the inner cassette over its entire circumference, wherein the reinforcing strip is biased. Due to the prestressed reinforcing strip, the curvature of the cassette lid is considerably reduced to the outside in the presence of overpressure within the inner cassette. The reduced curvature also reduces the reduction in the length and width of the cassette lid. As a result, in turn, the maximum radial tensile forces, which are introduced into the weld connecting the cassette lid and the housing body, considerably reduced. As a result, in turn, the strength and thus the depth of the weld can be reduced. Furthermore, the life of the weld is extended.
  • the cassette lid is cambered formed, that is, convex convex to the outside. Due to the convex training the cassette lid is a further curvature largely prevented by overpressure within the inner cassette. This, in turn, a reduction in the effective width and length of the cassette lid under internal pressure can be reduced to an unavoidable minimum.
  • the reinforcing strip therefore essentially serves to reduce the shear forces in the weld.
  • the reinforcing strip is adapted to the outer contour of the inner cassette.
  • the outer contour of the inner cassette is not flat, but contoured, for example, to increase the stiffness of the inner cassette.
  • the reinforcing strip is clawed in its longitudinal direction at several points on the inner cassette.
  • the reinforcing strip acts in the region of the weld seam overlaid by the reinforcing strip and relieves strain on it.
  • the housing body and the cassette lid made of die-cast, particularly preferably made of die-cast aluminum.
  • the inner cassette is surrounded by a coolant housing. Between the coolant housing and the inner cassette spaced therefrom, a coolant space is defined, in which the coolant flows.
  • the reinforcing strip is preferably made of sheet metal.
  • the reinforcing tape in the region of the cassette lid has at least one stiffening bead, by means of which the reinforcing tape is preferably stiffened in the longitudinal direction.
  • this adaptation can be targeted and carried out in a material-friendly manner, even if the reinforcing tape is already stretched on the inner cassette.
  • FIG. 1 an exhaust gas cooler in side view of an opening of the coolant housing
  • FIG. 2 in exhaust gas cooler the FIG. 1 in plan view.
  • FIG. 1 is a side view of a motor vehicle exhaust gas cooler 10 is shown, which serves in a motor vehicle in the course of exhaust gas recirculation of the cooling of the recirculated exhaust gas.
  • the exhaust gas cooler 10 has an outer coolant housing 12 and an inner cassette 14.
  • the coolant housing 12 and the inner cassette 14 are spaced several millimeters apart on all sides.
  • the cooling liquid space 16 formed between the inner cassette 14 and the coolant housing 12 is, for example, filled or flowed through with water.
  • the inner cassette 14 is thus jacket-cooled.
  • the inner cassette 14 consists essentially of a substantially five-sided enclosing housing body 18 and a the opening side of the housing body 18 final Cassette lid 20.
  • the housing body 18 and the cassette lid 20 are each made in one piece from die-cast aluminum.
  • the cassette lid 20 is connected by a continuous uninterrupted weld 34 with the housing body 18 liquid-tight and gas-tight mechanically. Weld 34 is produced by friction stir welding but may be produced in other ways.
  • the cassette lid 20 should preferably be formed cambered, that is, convex convexly outwardly to avoid further elastic curvature under pressure inside the inner cassette 14.
  • the inner cassette 14 is surrounded by two closed Arm michsb forn 22,23 of sheet metal.
  • the Arm michsb basic 22,23 are adapted over its entire circumference exactly to the outer contour of the inner cassette 14.
  • each reinforcing strip 22, 23 follows the contour of all outer ribs 28 of the inner cassette 14.
  • Each reinforcing strip 22, 23 has a plurality of reinforcing beads 40 extending in the longitudinal direction of the reinforcing strip 22, 23.
  • the reinforcing tapes 22, 23 are mounted on the inner cassette 14 by first being pushed undeformed onto the inner cassette 14. Subsequently, they are adapted by forming to the outer contour of the inner cassette 14. This adaptation is made by the so-called electromagnetic pulse technology, by means of which the reinforcing band 22, 23 can be plastically deformed in a targeted manner while avoiding high heat input.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kfz-Abgaskühler (10) mit einer mantelgekühlten Innenkassette (14) zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit. Die Innenkassette (14) weist auf: Einen Innenkassetten-Gehäusekörper (18), der im wesentlichen fünf Seiten umschließt und eine Öffnungsseite aufweist, einen Kassettendeckel (20), der die Öffnungsseite des Gehäusekörpers (18) schließt, und eine umlaufenden Schweißnaht (34), durch die der Randbereich (26) des Kassettendeckels (20) und der öffnungsnahe Randbereich (32) des Gehäusekörpers (18) abdichtend miteinander verbunden sind. Es ist mindestens ein Armierungsband (22,23) vorgesehen, das die Innenkassette (14) über ihren gesamten Umfang umgreift, wobei das Armierungsband (22,23) vorgespannt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kfz-Abgaskühler mit einer mantelgekühlten Innenkassette zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors und auf ein Verfahren zur Herstellung der Innenkassette.
  • Herkömmliche Kfz-Abgaskühler, beispielsweise Abgasrückführungs-Abgaskühler, weisen ein Kühlmittelgehäuse auf, in dem wenige Millimeter nach innen beabstandet eine Innenkassette angeordnet ist, durch die das Abgas geführt wird. In dem Zwischenraum zwischen der Innenkassette und dem Kühlmittelgehäuse fließt das flüssige Kühlmittel, das in der Regel von unter Druck stehendem Kühlwasser gebildet wird. Die Innenkassette ist also mantelgekühlt.
  • Die Innenkassette besteht in der Regel aus zwei Aluminium-Druckguss-Teilen, nämlich einem im Wesentlichen fünf Seiten umschließenden Gehäusekörper und einem die Öffnungsseite des Gehäusekörpers abschließenden Kassettendeckel. Der Randbereich des Kassettendeckels und der öffnungsnahe Randbereich des Gehäusekörpers werden durch eine umlaufende radiale Schweißnaht flüssigkeitsdicht und gasdicht miteinander verbunden. Die Schweißnaht ist im Wesentlichen radial angeordnet, das heißt, sie überbrückt den Spalt zwischen dem Gehäusekörper und dem Kassettendeckel-Randbereich im wesentlichen parallel zur Grundebene des Kassettendeckels.
  • Im Betrieb treten in der Innenkassette hohe Gasdrücke und Pulsationen auf, durch die der Kassettendeckel konvex nach außen gewölbt wird. Durch die Wölbung verkürzen sich die effektive Länge und Breite des Kassettendeckels, wodurch wiederum hohe Zugspannungen auf die Schweißnaht wirken. Da Schweißnähte in Bezug auf Zugspannungen empfindlich sind, müssen diese entsprechend tief ausgebildet sein, was prozessual problematisch und aufwändig, und ab einer bestimmten Schweißnaht-Tiefe nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Dies trifft insbesondere auf automatisierte Schweißverfahren zu, beispielsweise auf das Rührreibschweißen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kfz-Abgaskühler bzw. ein Verfahren zur Herstellung der Abgaskühler-Innenkassette zu schaffen, bei dem die Herstellung der Verbindung und der Abdichtung zwischen dem Kassettendeckel und dem Gehäusekörper der Innenkassette vereinfacht ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kfz-Abgaskühler mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beziehungsweise durch das Herstellungsverfahren gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch 7.
  • Der erfindungsgemäße Abgaskühler gemäß Patentanspruch 1 weist mindestens ein Armierungsband auf, das die Innenkassette über ihren gesamten Umfang umgreift, wobei das Armierungsband vorgespannt ist. Durch das vorgespannte Armierungsband wird die Wölbung des Kassettendeckels nach außen bei Vorliegen von Überdruck innerhalb der Innenkassette erheblich reduziert. Durch die verringerte Wölbung verringert sich auch die Verkleinerung der Länge und Breite des Kassettendeckels. Hierdurch werden wiederum die maximalen radialen Zugkräfte, die in die den Kassettendeckel und den Gehäusekörper verbindende Schweißnaht eingeleitet werden, erheblich reduziert. Hierdurch wiederum kann die Festigkeit und damit auch die Tiefe der Schweißnaht verringert werden. Ferner wird die Lebensdauer der Schweißnaht verlängert.
  • Vorzugsweise ist der Kassettendeckel bombiert ausgebildet, das heißt konvex nach außen gewölbt. Durch die nach außen gewölbte Ausbildung des Kassettendeckels wird eine weitere Wölbung durch Überdruck innerhalb der Innenkassette weitgehend verhindert. Hierdurch wiederum kann eine Verringerung der effektiven Breite und Länge des Kassettendeckels unter Innen-Überdruck auf ein unvermeidliches Minimum reduziert werden. Das Armierungsband dient daher im Wesentlichen dazu, die Schubkräfte in der Schweißnaht zu reduzieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Armierungsband an die Außen-Kontur der Innenkassette angepasst. Die Außen-Kontur der Innenkassette ist nicht eben, sondern konturiert, um beispielsweise die Steifheit der Innenkassette zu erhöhen. Durch einen Anpassung des Armierungsbandes an die Außen-Kontur wird das Armierungsband in seiner Längsrichtung an mehreren Stellen an der Innenkassette verkrallt. Hierdurch wirkt das Armierungsband im Bereich der durch das Armierungsband überlagerten Schweißnaht zugentlastend diese. Besonders bevorzugt weist die Innenkassette, und insbesondere der Kassettendeckel, eine außenseitigen Rippe auf, wobei das Armierungsband der Querschnitt-Kontur dieser Rippe exakt folgt beziehungsweise exakt an dieser Rippe anliegt.
  • Vorzugsweise bestehen der Gehäusekörper und der Kassettendeckel aus Druckguss, besonders bevorzugt aus Aluminium-Druckguss. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkassette von einem Kühlmittelgehäuse umgeben. Zwischen dem Kühlmittelgehäuse und der hiervon beabstandeten Innenkassette wird ein Kühlmittelraum definiert, in dem das Kühlmittel strömt. Das Armierungsband ist bevorzugt aus Blech gefertigt.
  • Vorzugsweise weist das Armierungsband im Bereich des Kassettendeckels mindestens eine Versteifungssicke auf, durch die das Armierungsband bevorzugt in Längsrichtung versteift ist.
  • Gemäß einem nebengeordneten Patentanspruch, der auf ein Verfahren zur Montage des Armierungsbandes an der Innenkassette gemäß einem der vorangegangenen Patentansprüche gerichtet ist, sind folgende. Verfahrensschritte vorgesehen:
    • Aufschieben des geschlossenen Armierungsbandes auf die Innenkassette, und
    • Umformen des Armierungsbandes zur Anpassung an die äußere Innenkassetten-Kontur durch Elektromagnetische Puls Technologie.
  • Durch Nutzung der Elektromagnetischen Puls Technologie zur Anpassung der Armierungsband-Forum an die Außen-Kontur der Innenkassette kann diese Anpassung gezielt und auf materialschonende Weise erfolgen, selbst dann, wenn das Armierungsband dabei bereits auf die Innenkassette aufgespannt ist.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
    • Es zeigen:
  • Figur 1 einen Abgaskühler in Seitenansicht auf eine Öffnung des Kühlmittelgehäuses, und
  • Figur 2 in Abgaskühler der Figur 1 in Draufsicht.
  • In der Figur 1 ist in Seitenansicht ein Kfz-Abgaskühler 10 dargestellt, der in einem Kraftfahrzeug im Verlauf einer Abgasrückführung der Kühlung des zurückgeführten Abgases dient. Der Abgaskühler 10 weist ein äußeres Kühlmittelgehäuse 12 und eine Innenkassette 14 auf. Das Kühlmittelgehäuse 12 und die Innenkassette 14 sind an allen Seiten mehrere Millimeter voneinander beabstandet. Der zwischen der Innenkassette 14 und dem Kühlmittelgehäuse 12 gebildete Kühlflüssigkeitsraum 16 ist beispielsweise mit Wasser gefüllt beziehungsweise durchströmt. Die Innenkassette 14 ist also mantelgekühlt.
  • Die Innenkassette 14 besteht im Wesentlichen aus einem im wesentlichen fünf Seiten umschließenden Gehäusekörper 18 und einem die Öffnungsseite des Gehäusekörpers 18 abschließenden Kassettendeckel 20. Der Gehäusekörper 18 und der Kassettendeckel 20 sind jeweils einstückig aus Aluminium-Druckguss gefertigt. Der Kassettendeckel 20 ist durch eine umlaufende ununterbrochene Schweißnaht 34 mit dem Gehäusekörper 18 flüssigkeitsdicht und gasdicht mechanisch verbunden. Die Schweißnaht 34 wird durch Rührreibschweißen erzeugt, kann jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden.
  • Der Kassettendeckel 20 sollte bevorzugt bombiert ausgebildet sein, das heißt, konvex nach außen gewölbt, um eine weitere elastische Wölbung bei Überdruck innerhalb der Innenkassette 14 zu vermeiden.
  • Die Innenkassette 14 ist von zwei geschlossenen Armierungsbändern 22,23 aus Blech umspannt. Die Armierungsbänder 22,23 sind über ihren gesamten Umfang exakt an die Außen-Kontur der Innenkassette 14 angepasst. Im Detail folgt jedes Armierungsband 22,23 der Kontur aller außenseitigen Rippen 28 der Innenkassette 14. Jedes Armierungsband 22,23 weist mehrere sich in Längsrichtung des Armierungsbandes 22,23 erstreckende Versteifungssicken 40 auf.
  • Die Armierungsbänder 22,23 werden auf die Innenkassette 14 montiert, indem sie zunächst unverformt auf die Innenkassette 14 aufgeschoben werden. Anschließend werden sie durch Umformen an die äußere Kontur der Innenkassette 14 angepasst. Diese Anpassung erfolgt durch die so genannte Elektromagnetische Puls Technologie, durch die gezielt und unter Vermeidung hoher Wärmeeinträge das Armierungsband 22,23 plastisch verformt werden kann.
  • Die beiden Armierungsbänder 22,23 sitzen unter Vorspannung auf der Außenseite der Innenkassette 14. Bei Betrieb des Abgaskühlers 10 weist das die Innenkassette 14 durchströmende Abgas hohe Überdrücke beziehungsweise große Druckpulsationen auf. Diese führen dazu, dass der Kassettendeckel 20 sich nach außen wölben will, wodurch sich die effektive Länge und Breite des Kassettendeckels 20 verringern würde. Hierdurch würden wiederum hohe radiale Zugkräfte in die Schweißnaht 34 eingeleitet werden. Dies wird in hohem Umfang durch die Armierungsbänder 22,23 vermieden, da diese einerseits die Wölbung des Kassettendeckels 20 verringern und andererseits einen Teil der radialen Zugkräfte aufnehmen.

Claims (7)

  1. Kfz-Abgaskühler (10) mit einer mantelgekühlten Innenkassette (14) zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors mit Hilfe einer Kühlflüssigkeit, wobei die Innenkassette (14) aufweist:
    einen Innenkassetten-Gehäusekörper (18), der eine Öffnungsseite aufweist,
    einen Kassettendeckel (20), der die Öffnungsseite des Gehäusekörpers (18) schließt,
    eine umlaufende Schweißnaht (34), durch die der Randbereich (26) des Kassettendeckels (20) und der öffnungsnahe Randbereich (32) des Gehäusekörpers (18) abdichtend miteinander verbunden sind, und
    mindestens ein Armierungsband (22,23), das die Innenkassette (14) über ihren gesamten Umfang umgreift, wobei das Armierungsband (22,23) vorgespannt ist.
  2. Kfz-Abgaskühler (10) nach Anspruch 1, wobei der Kassettendeckel (20') bombiert ist, so dass er konvex nach außen gewölbt ist.
  3. Kfz-Abgaskühler (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Armierungsband (22,23) an die Kontur der Innenkassette (14) angepasst ist.
  4. Kfz-Abgaskühler (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Armierungsband (23,23) der Kontur einer außenseitigen Rippe (28) der Innenkassette (14) folgt.
  5. Kfz-Abgaskühler (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Gehäusekörper (18) und der Kassettendeckel aus (20) aus Druckguss bestehen.
  6. Kfz-Abgaskühler (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Armierungsband (22,23) im Bereich des Kassettendeckels (20) eine Versteifungssicke (40) aufweist.
  7. Verfahren zur Montage eines Armierungsbandes (22,23) an der Innenkassette (14) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:
    Aufschieben des geschlossenen Armierungsbandes (22,23) auf die Innenkassette (14), und
    Umformen des Armierungsbandes (22,23) zur Anpassung an die äußere Innenkassetten-Kontur durch Elektromagnetische Puls Technologie.
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