Wärmeübertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem rohrformigen Gehäuse, einem Flanschring, zwei Böden und Wärmetauscherrohren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Gehäuseteil für einen solchen Wärmeübertrager.
Aus der DE 10 2012 21 1 31 1 A1 ist ein gattungsgemäßer und als Abgaswärmeübertrager ausgebildeter Wärmeübertrager bekannt, mit einem Gehäuse und einem ersten Strömungskanal, welcher von einem ersten Fluid durchströmbar ist. Der erste Strömungskanal ist dabei durch die Wärmetauscherrohre gebildet, wogegen ein zweiter Strömungskanal zwischen den Wärmetauscherrohren und dem Gehäuse verläuft. An zumindest einem seiner Endbereiche weist der Wärmeübertrager einen zumindest teilweise umlaufenden ersten Flansch auf, der einstückig mit dem Abgaswärmeübertrager ausgeführt ist. Durch die Integration des Flansches in das Gehäuse kann dessen aufwendige Montage eingespart werden.
Aus der WO 03/091 650 A1 ist ein Abgaswärmeübertrager mit einer Abgasrückführung bekannt, welcher einen Gehäusemantel für ein Kühlmittel und ein von Abgasen druchströmtes und vom Kühlmittel umströmtes Rohrbündel aufweist. Das Rohrbündel, die Rohrböden und der Gehäusemantel bilden dabei einen in sich geschlossenen Kraftfluss. Im Kraftfluss eingebaut ist ein Schiebesitz, der entweder im Gehäusemantel oder zwischen Rohrboden und Gehäusemantel angeordnet ist. Durch diesen Schiebesitz können die unterschiedlichen Dehnungen des Rohrbündels einerseits und des Gehäusemantels andererseits kompensiert werden, sodass keine unzulässig hohen Spannungen in den Bauteilen des Wärmeübertragers auftreten.
Nachteilig bei Wärmeübertragern aus dem Stand der Technik ist generell, dass deren Gehäuse aus einer Vielzahl von Einzelteilen, nämlich beispielsweise aus einem Gehäuseabschnitt, einem Flanschring, zwei Böden und Wärmetauscherrohren zusammengesetzt werden, wobei zwischen diesen einzelnen Teilen jeweils Gefügesteilen hergestellt werden müssen, um beispielsweise einen unerwünschten Austritt von Abgas und/oder Kühlmittel und damit eine Leckage des Wärmeübertragers zuverlässig vermeiden zu können. Für das Herstellen dieser Fügestellen fallen jedoch aufwendige und damit auch teure Fügeoperationen an. Zudem stellen derartige Fügestellen eine potentielle Gefahr für Leckagestellen dar, sodass bei einer Vielzahl an Fügestellen rein statistisch gesehen auch eine Vielzahl von Leckagestellen auftreten können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere eine einfache und kostengünstigere Montage des Wärmeübertragers gewährleistet und zudem das Risiko einer Leckage reduziert.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mehrere Teile eines Wärmeübertragers in ein einstückiges Bauteil zu integrieren und dadurch nicht nur den Zusammenbau zu vereinfachen, sondern auch die Anzahl der Fügestellen und damit verbunden der potentiellen Leckagestellen deutlich zu reduzieren. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist dabei ein rohrförmiges Gehäuse, einen Flanschring, zwei Böden sowie Wärmetauscherrohre auf, die durch das Gehäuse verlaufen und jeweils längsendseitig in den Böden gefangen
sind. In den Wärmetauscherrohren ist dabei ein erster Strömungskanal ausgebildet, wogegen ein zweiter Strömungskanal zwischen den Wärmetauscherrohren und dem Gehäuse verläuft. Im ersten Strömungskanal strömt dabei beispielsweise Abgas, während im zweiten Strömungskanal Kühlmedium/Kühlmittel strömt. Erfindungsgemäß ist nun das Gehäuse aus zwei, jeweils einstückigen und topfför- migen Gehäuseteilen gebildet, von denen jedes einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt, einen Flanschringabschnitt und einen Boden aufweist und wobei diese beiden Gehäuseteile über die beiden Flanschringabschnitte zu einem fertigen Gehäuse miteinander verbindbar sind. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager entfällt somit ein Fügen des Bodens bzw. des Flanschringabschnitts mit einem jeweiligen Gehäuseabschnitt, wodurch diese Fügestellen und damit auch diese potentiellen Leckagestellen bereits eliminiert sind. Durch den Entfall dieser Fügestellen kann auch der Montageprozess nicht nur schneller, sondern auch deutlich kostengünstiger ausgeführt werden.
Zweckmäßig weist der Flanschringabschnitt des einen Gehäuseteils einen Außendurchmesser auf, der komplementär zu einem Innendurchmesser des Flanschringabschnitts des anderen Gehäuseteils ausgebildet und dadurch in diesen einschiebbar ist. Ein Zusammensetzen des Gehäuses des Wärmeübertragers kann somit durch ein einfaches Verbinden bzw. Fügen, insbesondere Verlöten, Verschweißen, der beiden Gehäuseteile im Bereich der jeweiligen Flanschringabschnitte erfolgen. Üblicherweise werden dabei bei einem Verlöten, Verschweißen oder allgemein Fügen der beiden Gehäuseteile zugleich auch die eingesetzten und in den beiden Böden gefangenen Wärmetauscherrohre mit verlötet, verschweißt bzw. gefügt, wodurch ein qualitativ hochwertiges, schnelles und zugleich kostengünstiges Herstellen ermöglicht wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Wärmeübertrager als Abgaswärmetauscher ausgebildet. Abgaswärmetau-
scher können beispielsweise zur Erwärmung des Kühlmittels und damit zu einer Reduzierung der emissionsträchtigen Kaltstartphase einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wobei zusätzlich bei einer Abgasrückführung auch rückzuführendes Abgas mittels des Abgaswärmeübertragers gekühlt werden kann. Eine derartige Abgasrückführung senkt die Emissionen der Brennkraftmaschine zum Teil erheblich.
Zweckmäßig ist zumindest eines der Gehäuseteile als umgeformtes Blechstanzteil ausgebildet und insbesondere durch Tiefziehen hergestellt. Neben dem Vermeiden der Fügestellen sollen die einzelnen Gehäuseteile selbstverständlich auch qualitativ hochwertig und kostengünstig herstellbar sein, was insbesondere dadurch erreicht werden kann, dass diese als umgeformte Blechstanzteile hergestellt werden. Die topfförmige Gestalt des jeweiligen Gehäuseteils kann dabei insbesondere durch ein Tiefziehen erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist zumindest eines der Gehäuseteile einen angeformten oder angebrachten Einlassstutzen und/oder Auslassstutzen für Kühlmittel auf. Ein derartiger Einlassstutzen bzw. Auslassstutzen kann dabei selbstverständlich auch in der Art eines Diffusors ausgebildet sein und dadurch eine gleichmäßige Einleitung oder Ausleitung des Kühlmittels in das Gehäuse bzw. aus dem Gehäuse heraus bewirken. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Wärmeübertragers steigern.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Gehäuseteil für einen zuvor beschriebenen Wärmeübertrager anzugeben, wobei dieses Gehäuseteil einstückig und topfförmig ausgebildet ist und einen Gehäusewandabschnitt, einen Flanschringabschnitt und einen Boden umfasst. Die Gehäuseteile können dabei als Gleichteile ausgebildet sein, mit der Ausnahme eines un-
terschiedlich ausgebildeten Flanschringabschnitts, sodass jeweils zwei zugehörige Gehäuseteile über den jeweiligen Flanschringabschnitt ineinander eingeschoben und dort miteinander verlötet, verschweißt oder allgemein gefügt werden können. Ein solches Gehäuseteil kann insbesondere als kostengünstiges und qualitativ hochwertiges Blechstanzteil hergestellt werden, insbesondere beispielsweise im Tiefziehverfahren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager in montiertem Zustand,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung des Wärmeübertragers, jedoch ohne
Wärmetauscherrohre,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers,
Fig. 4 eine Darstellung wie in Figur 2, jedoch aus einer perspektivischen
Ansicht.
Entsprechend der Figur 1 , weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 , der beispielsweise als Abgaswärmeübertrager ausgebildet sein kann, ein rohrförmi- ges Gehäuse 2, einen Flanschring 3, zwei Böden 4 sowie Wärmetauscherrohre 5 auf, wobei die Wärmetauscherrohre 5 durch das Gehäuse 2 verlaufen und jeweils längsendseitig in den Böden 4 gefangen sind. In den Wärmetauscherrohren 5 verläuft dabei ein erster Strömungskanal, beispielsweise für Abgas, während zwischen den Wärmetauscherrohren 5 und dem Gehäuse 2 ein zweiter Strömungskanal, beispielsweise für Kühlmedium/Kühlmittel, ausgebildet ist. In der Figur 1 sind dabei drei Wärmetauscherrohre 5 eingezeichnet, wobei selbstverständlich deutlich mehr Wärmetauscherrohre 5 in dem Wärmeübertrager 1 angeordnet sind und lediglich der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden.
Erfindungsgemäß ist nun das Gehäuse 2 aus zwei, jeweils einstückigen und topf- förmigen Gehäuseteilen 6 und 7 zusammengesetzt, von denen jedes einen Gehäuseabschnitt 8, einen Flanschringabschnitt 9 und einen Boden 4 aufweist und wobei die beiden Gehäuseteile 6,7 über die beiden Flanschringabschnitte 9 miteinander verbindbar sind. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der beiden Gehäuseteile 6,7 können insbesondere bisher erforderliche Fügestellen zwischen den Böden 4 und den Gehäuseabschnitten 8 entfallen, da diese nun einstückig miteinander ausgeführt sind. Jeder der Böden 4 besitzt dabei eine Reihe von Durchgangsöffnungen 10 (vergleiche die Figuren 3 und 4), in welchen die Wärmetauscherrohre 5 gefangen sind.
Betrachtet man die Fig. 1 , so kann man erkennen, dass ein innerhalb des Gehäuses 2 im Bereich der beiden Flanschringabschnitte 9 zumindest teilweise hohlzy- linderförmig umlaufendes Blech 13 vorgesehen ist. Zwischen dem Blech 13 und den Flanschringabschnitten 9 kann dabei alternativ ein abgedichteter Hohlraum 14 angeordnet sein oder aber das Blech 13 weist Öffnungen 15 auf, die einen Durchlass für Kühlmittel in den Hohlraum 14 bilden. Denkbar ist auch, dass die Öffnungen 15 rund oder eckig mit vorbestimmter Querschnittsfläche bzw. Kontur ausgebildet sind, damit sich im Hohlraum 14 eventuell bildende Luftblasen nur mit einem bestimmten (minimierten) Volumen in das Kühlmittel gelangen können. Das Blech 13 kann z.B. durch Schweißen oder Löten an der Innenseite des Gehäuses 2 befestigt werden. Es kann den Kühlmittel durchströmten Raum ganz o- der teilweise fluiddicht vom umlaufenden Hohlraum 14 des Flanschringabschnitts trennen.
Betrachtet man nochmals die Figuren 1 und 2, so kann man erkennen, dass der Flanschringabschnitt 9 des einen Gehäuseteils 6 einen Außendurchmesser aufweist, der komplementär zu einem Innendurchmesser des Flanschringabschnitts 9 des anderen Gehäuseteils 7 ausgebildet und dadurch in diesen einschiebbar ist. Eine Montage der beiden Gehäuseteile 6,7 kann somit durch ein einfaches Ineinanderschieben der jeweiligen Abschnitte 9 erfolgen. Die beiden Gehäuseteile 6,7 sind dabei an den Flanschringabschnitten 9 miteinander verlötet, verschweißt oder anderweitig gefügt und dadurch dicht miteinander verbunden. Zur Fertigung bzw. Herstellung des Wärmeübertragers 1 werden die beiden Gehäusehälften, d.h. die beiden Gehäuseteile 6,7 mit den darin angeordneten Wärmetauscherrohren 5 ineinandergeschoben und beispielsweise in einem Lötofen gefügt, wobei nicht nur die Fügestelle an den beiden miteinander verbundenen Flanschringabschnitten 9 hergestellt wird, sondern zugleich auch die Fügestellen zwischen den Wärmetauscherrohren 5 und den Böden 4.
Die beiden Gehäuseteile 6,7 können dabei als umgeformte Blechstanzteile ausgebildet und insbesondere durch Tiefziehen hergestellt werden. Hierdurch ist nicht nur ein fertigungstechnisch einfaches, sondern zugleich auch ein qualitativ hochwertiges und kostengünstiges Herstellen möglich. Die beiden Gehäuseteile 6,7 können dabei beispielsweise mit Ausnahme des Flanschringabschnitts 9 als Gleichteile ausgebildet sein, können jedoch aber auch eine unterschiedliche axiale Länge oder zusätzliche unterschiedliche Komponenten, wie beispielsweise einen Einlassstutzen 1 1 und/oder einen Auslassstutzen 12 für Kühlmittel aufweisen.
Mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 bzw. den beiden Gehäuseteilen 6,7 können nicht nur die Teilevielfalt und verbunden damit auch die Lager- und Logistikkosten reduziert werden, sondern es kann generell auch die Herstellung, d.h. die Montage des Wärmeübertragers 1 vereinfacht und qualitativ aufgewertet werden. Durch die einstückige Ausbildung des Bodens 4 mit dem jeweiligen Gehäuseabschnitt 8 des Gehäuseteils 6,7 entfällt beispielsweise eine zwischen diesen beiden Teilen 4,8 bisher erforderliche und Leckage gefährdete Fügestelle, wodurch ein nicht zu unterschätzender Qualitätsvorsprung erreicht werden kann.