EP4189320A1 - Wärmeübertrager für eine verbrennungskraftmaschine mit einer verformung an einem fügebereich zweier trennwände, verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers und verbrennungskraftmaschine mit einem wärmeübertrager - Google Patents

Wärmeübertrager für eine verbrennungskraftmaschine mit einer verformung an einem fügebereich zweier trennwände, verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers und verbrennungskraftmaschine mit einem wärmeübertrager

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Publication number
EP4189320A1
EP4189320A1 EP21739061.6A EP21739061A EP4189320A1 EP 4189320 A1 EP4189320 A1 EP 4189320A1 EP 21739061 A EP21739061 A EP 21739061A EP 4189320 A1 EP4189320 A1 EP 4189320A1
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EP
European Patent Office
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fluid
heat exchanger
deformation
housing
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
EP21739061.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Kronsteiner
Gernot Woitsch
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • Heat exchanger for an internal combustion engine with a deformation in a joint area of two partitions Method for producing a heat exchanger and internal combustion engine with a heat exchanger
  • the invention relates to a heat exchanger for an internal combustion engine for transferring heat between at least two fluids, according to the preamble of patent claim 1. Further aspects of the invention relate to a method for producing a heat exchanger and an internal combustion engine with a heat exchanger.
  • Such heat exchangers are used to transfer heat between fluids.
  • the use of so-called oil/coolant heat exchangers is common for cooling the engine oil of an internal combustion engine. During a cold start of the internal combustion engine, these oil/coolant heat exchangers can also be used to heat the engine oil, thereby accelerating the so-called warm-up of the internal combustion engine.
  • Heat exchangers for internal combustion engines can also contribute directly to low-emission operation of the internal combustion engine.
  • cooled exhaust gas recirculation also abbreviated as EGR
  • EGR cooled exhaust gas recirculation
  • a partial amount of an exhaust gas emitted during operation of the internal combustion engine is taken from an exhaust tract of the internal combustion engine, cooled by means of a heat exchanger designed as an EGR cooler and then fed to an intake tract of the internal combustion engine .
  • This cooled portion of the exhaust gas then reaches the respective combustion chambers of the internal combustion engine and is used as what is known as ballast gas during the combustion of an air-fuel mixture, as a result of which raw NOx emissions can be significantly reduced.
  • DE 102016210261 A1 discloses a heat exchanger for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, it being possible for the first fluid to flow through the heat exchanger from a first end face to a second end face.
  • the heat exchanger has at least two separating plates, which separate flow areas within the heat exchanger from one another for the first fluid and the second fluid. At least two adjacent separating plates each have a connection area on at least one of the end faces of the heat exchanger, in which they are connected to each other via a connection.
  • the connection has at least one recess on the end face.
  • the object of the present invention is to create a heat exchanger, a method and an internal combustion engine of the type mentioned at the outset, which enable particularly fail-safe heat transfer between fluids.
  • a first aspect of the invention relates to a heat exchanger for an internal combustion engine, for transferring heat between at least two fluids,
  • At least one housing which has at least one housing wall and a housing interior that is delimited at least in regions by the housing wall, which has a fluid inlet region for introducing a first fluid of the at least two fluids into the housing interior and a fluid outlet region for discharging the first fluid from the housing interior,
  • the at least two partition walls are connected to one another at least in a joining region which is assigned to the fluid inlet region and adjoins the fluid receiving space in a main fluid flow direction of the first fluid.
  • the fluids can be, for example, exhaust gas and coolant, in particular cooling water.
  • the first fluid can be in the form of an exhaust gas, for example, whereas the second fluid can be in the form of a coolant.
  • the fluid outlet area can be opposite the fluid inlet area in the main fluid flow direction of the first fluid. Under the term fluid main flow direction is the To understand the direction of flow of the first fluid, in which the first fluid can flow during the intended use of the heat exchanger predominantly.
  • the first fluid enters the interior of the housing at the fluid inlet area and exits the interior of the housing at the fluid outlet area.
  • the second fluid is guided in the fluid receiving space and is therefore received.
  • the main fluid flow direction can be oriented in the direction of longitudinal extension of the heat exchanger.
  • the fluid outlet area can therefore be opposite the fluid inlet area in the direction of longitudinal extension of the heat exchanger.
  • the fluid accommodating space can extend between the at least two partition walls, as a result of which the second fluid that can be guided in the fluid accommodating space can be kept separate from the first fluid in an effective and reliable manner.
  • the heat transfer between the two fluids can take place in particular by thermal conduction through the respective partitions.
  • the first fluid can flow along opposite sides of the fluid receiving space perpendicularly to the main fluid flow direction (of the first fluid), i.e.
  • the at least two partition walls delimit the fluid receiving space at least in regions means that the fluid receiving space cannot be limited exclusively by means of the partition walls but, for example, also in regions by the housing wall.
  • the assignment of the joining area to the fluid entry area can be understood to mean that the joining area can be located at least in the vicinity of the fluid entry area, i.e. for example it can face the fluid entry area and can additionally or alternatively be arranged in the fluid entry area.
  • the at least two partition walls have at least one deformation, at least in a partial joining area of the joining area that is spaced apart from the joining area, which is intended to at least reduce mechanical stresses on the at least one joining area as a result of a temperature-related change in length of the joining area. This is advantageous because this can relieve the connection area, in that the temperature-related change in length can be at least essentially absorbed by the deformation.
  • the change in length can, so to speak be at least essentially, ie predominantly, compensated for by the deformation, as a result of which the mechanical stresses on the connection area caused by the change in length can be significantly reduced and thus at most a slight and therefore harmless mechanical load on the connection area occurs.
  • the deformation can generally also be referred to as a deformation area or alternatively as a deformed point.
  • the sub-area to be joined can generally be understood as a sub-area of the joining area. Accordingly, the deformation does not have to extend over the entire joining area.
  • Areas of the at least two partition walls adjoining the at least one joining area in the main fluid flow direction can be free of the at least one deformation.
  • the deformation extends exclusively over the joining area, which does not rule out that further joining areas, for example a second joining area, which can be spaced apart from the joining area in the main direction of fluid flow and can, for example, be assigned to the fluid outlet area, not also such a deformation, namely a second deformation may have.
  • the deformation can in principle be plastic, as a result of which the deformation can be permanent and independent of the operating state of the heat exchanger.
  • the deformation during the temperature-related change in length of the Joining area can be designed to be elastically deformable. This advantageously makes it possible for the deformation to be elastically deformed at least predominantly, in particular exclusively, during the temperature-related change in length, with zones of the joining region that are different from the deformation being able to remain at least largely unaffected by the temperature-related change in length.
  • the temperature-related change in length is preferably limited exclusively locally to the deformation or—if present—to a plurality of deformations.
  • connection area at which the partition walls are connected at least indirectly, preferably directly, to the housing wall, is particularly susceptible to damage as a result of thermal stresses. Accordingly, it was recognized that the impact of the first fluid with a high fluid temperature on the joining area, in particular with highly transient changes in fluid flow velocity, and the associated temperature-related change in length of the joining area can lead to damage to the joining area.
  • the invention starts here, since the deformation creates a deformation zone, in particular an elastic deformation zone, to which the temperature-related change in length can be locally limited.
  • the at least one deformation is designed as a bulge.
  • the bulge represents a configuration of the deformation that is particularly easy to produce.
  • the bulge can be produced, for example, by the targeted action of a shaping force on the partition walls and the associated production of the deformation.
  • the at least one deformation is of wavy design.
  • the wavy deformation which can also be referred to as a wavy contour or as a relief wave, can be elastically deformed particularly uniformly as a result of the temperature-related change in length. As a result, any stress peaks during the elastic deformation of the deformation can be avoided.
  • the at least one deformation is oriented in a direction different from the main fluid flow direction.
  • the advantage here is that an effective compensation of the temperature-related change in length can take place on the basis of the deformation. If the deformation is, for example, wavy and thus designed as a wave, for example, a Wave crest of the deformation must be oriented in this direction.
  • the direction can preferably be aligned perpendicular to the main flow direction and/or perpendicular to a central plane to which the partition walls can be oriented at least essentially parallel, as a result of which the temperature-related change in length can be compensated particularly effectively based on the deformation.
  • the at least two partition walls are deformed in the same direction. This enables reliable sealing of the joining area along the deformation.
  • the deformation of the dividing walls can be oriented in the same direction, as a result of which the formation of leaks between the dividing walls can be reliably avoided despite the deformation.
  • the at least two partitions are materially connected to one another at least at the deformation.
  • the partition walls are preferably connected to one another in a materially bonded manner along the entire joining area, as a result of which a particularly reliable sealing of the joining area can be achieved.
  • a gap formed between the partition walls and extending along the joining area and thus also along the deformation can have a uniform gap width that is easy to seal.
  • the gap can, for example, be filled with a metal solder (e.g. solder) and the partition walls can thereby be joined together at the joint area.
  • the at least two partitions are connected to the housing wall in the connection area in the form of a T-joint.
  • the T-joint-shaped connection can be understood to mean that the two partition walls and the housing wall can form a T-shape with one another at the connection area in a sectional plane which is oriented perpendicularly to the main fluid flow direction.
  • Each of the partitions can each have at least one partition wall area oriented along the housing wall, preferably oriented away from the joining area, on which the respective partition wall is preferably cohesively connected to the Housing wall can be connected.
  • the partition walls can each have at least two mutually opposite partition wall regions, which can each be soldered to the housing wall.
  • a second aspect of the invention relates to a method for producing a heat exchanger according to the first aspect of the invention, having at least the following steps:
  • the heat exchanger manufactured by this method enables a particularly fail-safe heat transfer between the fluids.
  • the deformation can be formed on each individual partition wall of the at least two partition walls and can thus be produced.
  • each of the partition walls can be deformed individually and the deformation can be produced as a result.
  • the joining of the at least two partition walls can then take place.
  • the at least two partition walls can preferably be deformed together so that individual processing of the individual partition walls can be dispensed with.
  • the at least two partitions can be placed against one another, for example, in such a way that the at least two partitions touch at the joining area and then the at least two partitions can be deformed together, as a result of which the deformation can be produced jointly on the at least two partitions.
  • the at least two partition walls can then be joined at the joining region after the at least one deformation has been formed.
  • a third aspect of the invention relates to an internal combustion engine with a heat exchanger according to the first aspect of the invention.
  • a particularly fail-safe heat transfer between the fluids is made possible.
  • the heat exchanger is designed as an exhaust gas cooler of the internal combustion engine.
  • the heat exchanger designed as an exhaust gas cooler in particular as an EGR cooler, a particularly fail-safe one is provided Heat transfer between exhaust gas, as the first fluid, and coolant, as the second fluid, allows.
  • Fig. 1 is a perspective sectional view of a detail shown
  • Heat exchanger of an internal combustion engine which is used to transfer heat between two fluids, of which a first fluid is in the form of an exhaust gas and a second fluid is in the form of a coolant for the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a segment of the heat exchanger shown in FIG. 1;
  • Fig. 3 shows an enlarged representation of a variant of the
  • Heat exchanger in which partition walls are joined together at a common joining area and have deformations which are intended to at least reduce mechanical stresses as a result of a temperature-related change in length of the joining area; and 4 shows an enlarged representation of a further variant of the heat exchanger shown in detail, in which several deformations extend together in a wave shape over the entire joining area.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle K, with an internal combustion engine 100, also represented schematically, which is designed to drive the motor vehicle K.
  • the internal combustion engine 100 includes a heat exchanger 10 which is designed as an exhaust gas cooler, namely as an EGR cooler of the internal combustion engine 100 .
  • a so-called cooled exhaust gas recirculation during operation of the internal combustion engine 100 is therefore possible by means of the heat exchanger 10 .
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of a segment of the heat exchanger shown in FIG. 1 .
  • the heat exchanger 10 is used to transfer heat between two fluids.
  • a first fluid of the two fluids is presently in the form of an exhaust gas, whereas a second fluid of the two fluids is presently in the form of a coolant, for example in the form of a water-antifreeze mixture.
  • the heat exchanger 10 (here: EGR cooler) comprises a housing 20 with at least one housing wall 22.
  • the housing wall is designed here as a sheet metal part and can also be referred to as a cooling jacket sheet metal.
  • the housing wall 22 delimits a housing interior 24 of the housing on the peripheral side.
  • the housing interior 24 has a fluid inlet area 30 for introducing the first fluid into the housing interior 24 and a fluid outlet area for discharging the first fluid from the housing interior 24 .
  • the fluid outlet region which is not shown in any more detail here, is arranged downstream of the fluid inlet region in a main fluid flow direction x of the first fluid.
  • the main fluid flow direction x corresponds to a direction of longitudinal extent of heat exchanger 10. In other words, when heat exchanger 10 is used as intended, the first fluid flows through housing interior 24 in the direction of longitudinal extent of heat exchanger 10.
  • the heat exchanger in the present case is designed as a plate heat exchanger.
  • the plates of the heat exchanger 10 are formed by partitions 40, 50 connected to one another in pairs, namely a first partition 40 and a second partition 50, which in the present case are designed as respective sheet metal half-shells.
  • a plate is thus formed by the first dividing wall 40 and the second dividing wall 50 , with the heat exchanger 10 having a plurality of such plates, as can be seen from FIG. 1 .
  • the heat exchanger 10 having a plurality of such plates, as can be seen from FIG. 1 .
  • the partitions 40 , 50 are accommodated in the housing interior 24 and are connected to the housing wall 22 at mutually opposite connection regions 60 , 62 in a vertical direction z of the heat exchanger 10 .
  • the first dividing wall 40 has respective dividing wall regions 42 lying opposite one another in the vertical direction z
  • the second dividing wall 50 has dividing wall regions 52 lying opposite one another in the vertical direction z.
  • the respective partition wall areas 42, 52 are formed onto the housing wall 22.
  • the partition wall areas 42, 52 at the corresponding connection areas 60, 62 run at least predominantly parallel to the housing wall 22 and in the present case also to one another and are connected to the connection areas 60, 62 in a materially bonded manner, in particular by a soldered connection, to the housing wall 22.
  • the partitions 40, 50 serve to separate the fluids from one another and delimit at least in regions a fluid receiving space 70 through which the second fluid (here: coolant) flows when the heat exchanger 10 is used as intended.
  • the fluid receiving space 70 is also delimited by the housing wall 22 in certain areas, namely in the vertical direction z of the heat exchanger 10 oriented perpendicularly to the main fluid flow direction x.
  • the fluid receiving space 70 is shown in all of Fig. 1 to Fig.
  • partitions 40, 50 which are designed as respective sheet metal half-shells, can delimit the fluid receiving space 70.
  • one of the sheet metal half-shells can delimit approximately one half of the fluid-receiving space 70 in each case.
  • the pairs of dividing walls 40, 50 are each connected to one another in a materially bonded manner at least at one joining region 80 assigned to the fluid inlet region 30 and adjoining the fluid receiving space 70 in the main fluid flow direction x of the first fluid and soldered in the process.
  • a gap 84 between the partitions 40, 50 extending over the joining region 80 is filled with metal solder, whereby the Partitions 40, 50 are soldered together and the gap 84 is sealed against an undesired escape of the second fluid (coolant, in particular cooling water) from the fluid receiving space 70 extending between the partitions 40, 50.
  • partition walls 40, 50 are also connected to one another at a further joining area which is opposite the joining area 80 in the main fluid flow direction x and is assigned to the fluid outlet area, although this cannot be seen in all of FIGS. 1 to 4, especially since the fluid outlet area is not shown.
  • the respective partitions 40, 50 are each oriented at an angle, namely in the present case at a right angle (90° angle), to the respective partition wall areas 42, 52.
  • the partition walls 40, 50 are thereby connected to the housing wall 22 in a T-joint shape at the connecting regions 60, 62, as can be seen particularly clearly in FIG.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show, in each case a detailed, enlarged representation of a segment of the heat exchanger 10, that the partitions 40, 50 have at least one deformation 90 or a plurality of deformations 90 at least in a partial joining area 82 of the joining area 80 spaced apart from the connecting area 60.
  • the deformations 90 are surrounded by circles in FIG. 3 and by ellipses in FIG. 4 merely for the sake of clarity.
  • the deformations 90 are each provided and designed to at least reduce mechanical stresses on the connecting regions 60, 62 as a result of a temperature-related change in length of the joining region 80.
  • the deformations 90 enable a particularly fail-safe transfer of heat between the fluids.
  • the deformations 90 are each formed as wave-shaped bulges.
  • the deformations 90 are oriented in a direction y that differs from the main fluid flow direction x.
  • the direction y corresponds to a transverse direction of the heat exchanger 10. It can be seen from FIGS. 3 and 4 that the partitions 40, 50 are deformed in the same direction, so that both partitions 40, 50 are each curved at the deformations 90 in the direction y (transverse direction).
  • the direction y is aligned perpendicularly to a center plane M, to which the partition walls 40, 50 can be oriented at least essentially parallel.
  • the center plane M is spanned by the main fluid flow direction x and the vertical direction z.
  • the main fluid flow direction x (longitudinal direction of the heat exchanger 10), the direction y (transverse direction of the heat exchanger 10) and the vertical direction z are each oriented perpendicular to one another.
  • the partition walls 40, 50 are connected to one another in a materially bonded manner along the entire joining region 80 and thus also at the deformation 90, namely soldered.
  • a method for producing the heat exchanger 10 at least the following steps can be carried out in order to enable particularly fail-safe heat transfer between the fluids when the heat exchanger 10 is used as intended.
  • the at least one deformation 90 of the at least two partition walls 40, 50 is formed at least in the partial joining region 82.
  • the at least two partition walls 40, 50 are joined to the joining region 80 after the at least one has been formed deformation 90
  • the partition walls 40, 50 (sheet metal half-shells) can be joined, in particular soldered, to one another at the joint region 80 on the one hand and to the housing wall 22 at the connection regions 60, 62 during the manufacture of the present heat exchanger 10. Due to minimum soldering widths in the design of the heat exchanger 10, the connection areas 60, 62 represent particularly stiff zones of the heat exchanger 10, in particular in the fluid inlet area 30. The deformation 90 or the deformations 90 can result in an impermissibly high mechanical load, for example in the form of a temperature change load. at the connection areas 60, 62 can be avoided.
  • the deformation(s) 90 prevent/prevent the partition walls 40, 50, which are connected to the housing wall 22 in a T-joint shape, from expanding too much in the vertical direction z, which causes excessive loads on the connection areas 60, 62 even with highly transient flow through the housing interior 24 with particularly hot exhaust gas (first fluid) can be avoided.
  • the deformations 90 represent targeted expansion areas at which the temperature-related change in length can take place.
  • the geometric shaping by means of the deformations 90 of the sheet metal half shells (partitions 40, 50) results in a targeted reduction in the rigidity of the sheet metal half shells in the joining area 80.
  • the deformations 90 therefore make the structure of the soldered sheet metal half shells softer in a locally limited manner and the sheet metal half shells can thus be softened at temperature - Alternating load less forces on their edge areas, ie on the
  • connection areas 60, 62 transmitted.
  • the connection areas 60, 62 are thus relieved of temperature changes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen Fluiden, mit einem Gehäuse, welches eine Gehäusewandung und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung begrenzten Gehäuseinnenraum aufweist. Der Gehäuseinnenraum weist einen Fluideintrittsbereich zum Einleiten eines ersten Fluides der Fluide in den Gehäuseinnenraum und einen Fluidaustrittsbereich zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum auf. Der Wärmeübertrager umfasst mindestens zwei Trennwände, welche zumindest überwiegend in dem Gehäuseinnenraum aufgenommen und an zumindest einem Verbindungsbereich mit der Gehäusewandung des Gehäuses verbunden sind. Die Trennwände begrenzen zur Trennung der Fluide voneinander einen mittels eines zweiten Fluids der Fluide durchströmbaren Fluidaufnahmeraum zumindest bereichsweise. Die Trennwände sind zumindest an einem, dem Fluideintrittsbereich zugeordneten und in einer Fluidhauptströmungsrichtung des ersten Fluides an den Fluidaufnahmeraum angrenzenden Fügebereich miteinander verbunden. Zudem weisen die Trennwände zumindest in einem von dem Verbindungsbereich beabstandeten Fügeteilbereich des Fügebereichs eine Verformung auf, welche dazu vorgesehen ist, mechanische Spannungen an dem zumindest einen Verbindungsbereich infolge einer temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs zumindest zu verringern.

Description

Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Verformung an einem Fügebereich zweier Trennwände, Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers und Verbrennungskraftmaschine mit einem Wärmeübertrager
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Wärmeübertrager.
Derartige Wärmeübertrager, auch Wärmetauscher genannt, dienen zur Übertragung von Wärme zwischen Fluiden. Zur Kühlung von Motoröl einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise der Einsatz sogenannter Öl-Kühlmittel-Wärmeübertrager üblich. Beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine können diese Öl-Kühlmittel-Wärmeübertrager auch zum Erwärmen des Motoröls herangezogen und dadurch der sogenannte Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine beschleunigt werden. Wärmeübertrager für Verbrennungskraftmaschinen können auch unmittelbar zu einem rohemissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beitragen. Ein Beispiel hierfür stellt die gekühlte Abgasrückführung, auch als AGR abgekürzt, dar, bei welcher eine Teilmenge eines beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine emittierten Abgases aus einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine entnommen, mittels eines als AGR-Kühler ausgebildeten Wärmeübertragers gekühlt und anschließend einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Diese gekühlte Teilmenge des Abgases gelangt anschließend in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine und dient als sogenanntes Ballastgas bei der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, wodurch NOx-Rohemissionen signifikant reduziert werden können.
Aus der DE 102016210261 A1 ist ein Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid bekannt, wobei der Wärmetauscher für das erste Fluid von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite durchströmbar ist. Der Wärmetauscher weist mindestens zwei Trennbleche auf, die für das erste Fluid und das zweite Fluid voneinander getrennte Strömungsbereiche innerhalb des Wärmetauschers voneinander abgrenzen. Mindestens zwei benachbarte Trennbleche haben an zumindest einer der Stirnseiten des Wärmetauschers jeweils einen Verbindungsbereich, in welchem diese über eine Verbindung miteinander verbunden sind. Die Verbindung weist stirnseitig mindestens eine Ausnehmung auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager, ein Verfahren sowie eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen Fluiden ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden,
- mit wenigstens einem Gehäuse, welches zumindest eine Gehäusewandung und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung begrenzten Gehäuseinnenraum aufweist, welcher einen Fluideintrittsbereich zum Einleiten eines ersten Fluides der zumindest zwei Fluide in den Gehäuseinnenraum und einen Fluidaustrittsbereich zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum aufweist,
- mit mindestens zwei Trennwänden, welche zumindest überwiegend in dem Gehäuseinnenraum aufgenommen und an zumindest einem Verbindungsbereich mit der Gehäusewandung des Gehäuses verbunden sind, und welche zur Trennung der Fluide voneinander einen mittels eines zweiten Fluids der wenigstens zwei Fluide durchströmbaren Fluidaufnahmeraum zumindest bereichsweise begrenzen, wobei die mindestens zwei Trennwände zumindest an einem, dem Fluideintrittsbereich zugeordneten und in einer Fluidhauptströmungsrichtung des ersten Fluides an den Fluidaufnahmeraum angrenzenden Fügebereich miteinander verbunden sind.
Bei den Fluiden kann es sich beispielsweise um Abgas und Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser handeln. Das erste Fluid kann beispielsweise als Abgas ausgebildet sein, wohingegen das zweite Fluid als Kühlmittel ausgebildet sein kann. Der Fluidaustrittsbereich kann dem Fluideintrittsbereich in der Fluidhauptströmungsrichtung des ersten Fluides gegenüber liegen. Unter dem Ausdruck Fluidhauptströmungsrichtung ist die Strömungsrichtung des ersten Fluides zu verstehen, in welcher das erste Fluid beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers überwiegend strömen kann.
Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers tritt das erste Fluid an dem Fluideintrittsbereich in den Gehäuseinnenraum ein und an dem Fluidaustrittsbereich aus dem Gehäuseinnenraum aus. Darüber hinaus ist das zweite Fluid beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers in dem Fluidaufnahmeraum geführt und damit aufgenommen. Um möglichst hohe Wärmeübergangskoeffizienten zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, die Fluide unter Ausbildung einer jeweiligen turbulenten Strömung sowohl des ersten Fluides, als auch des zweiten Fluides durch den Wärmeübertrager zu führen. Zwischen dem Fluideintrittsbereich und dem Fluidaustrittsbereich kann dann eine effiziente Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid und dem in dem Fluidaufnahmeraum geführten zweiten Fluid durch die jeweiligen Trennwände hindurch erfolgen.
Die Fluidhauptströmungsrichtung kann in Längserstreckungsrichtung des Wärmeübertragers orientiert sein. Damit kann also der Fluidaustrittsbereich dem Fluideintrittsbereich in Längserstreckungsrichtung des Wärmeübertragers gegenüberliegen. Der Fluidaufnahmeraum kann sich zwischen den mindestens zwei Trennwänden erstrecken, wodurch das in dem Fluidaufnahmeraum führbare zweite Fluid wirksam und zuverlässig von dem ersten Fluid getrennt gehalten werden kann. Die Wärmeübertragung zwischen den beiden Fluiden kann insbesondere durch Wärmeleitung durch die jeweiligen Trennwände erfolgen. Insbesondere kann das erste Fluid aneinander senkrecht zur Fluidhauptströmungsrichtung (des ersten Fluids) gegenüberliegenden Fluidaufnahmeraum- Seiten, also beispielsweise in Blickrichtung entlang der Fluidhauptströmungsrichtung links und rechts des Fluidaufnahmeraumes, entlang strömen und dabei Wärme über die jeweiligen Trennwände mit dem in dem Aufnahmeraum geführten, zweiten Fluid austauschen. Unter dem Ausdruck, wonach die mindestens zwei Trennwände den Fluidaufnahmeraum zumindest bereichsweise begrenzen ist zu verstehen, dass der Fluidaufnahmeraum nicht ausschließlich anhand der Trennwände, sondern beispielsweise auch bereichsweise durch die Gehäusewandung begrenzt sein kann.
Unter dem Zuordnen des Fügebereichs zu dem Fluideintrittsbereich kann verstanden werden, dass der Fügebereichs sich zumindest in der Nähe des Fluideintrittsbereich befinden kann, also beispielsweise dem Fluideintrittsbereich zugewandt sein kann und zusätzlich oder alternativ in dem Fluideintrittsbereich angeordnet sein kann. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Trennwände zumindest in einem von dem Verbindungsbereich beabstandeten Fügeteilbereich des Fügebereichs wenigstens eine Verformung aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, mechanische Spannungen an dem zumindest einen Verbindungsbereich infolge einer temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs zumindest zu verringern. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine Entlastung des Verbindungsbereichs erzielt werden kann, indem die temperaturbedingte Längenänderung zumindest im Wesentlichen durch die Verformung aufgenommen werden kann. Kommt es also beim Betrieb des Wärmeübertragers zur temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs, indem das erste Fluid mit einer besonders hohen Fluidtemperatur und/oder unter hoch transienter Fluidströmungsgeschwindigkeit des ersten Fluides am Fluideintrittsbereich auf den Fügebereich auftrifft und den Fügebereich dadurch stark erwärmt, so kann die Längenänderung sozusagen zumindest im Wesentlichen, also überwiegend, durch die Verformung kompensiert werden, wodurch die längenänderungsbedingten, mechanischen Spannungen am Verbindungsbereich erheblich reduziert werden können und damit allenfalls eine geringfügige und damit unschädliche mechanische Belastung des Verbindungsbereichs auftritt. Dadurch kann selbst bei hohen Fluidtemperaturen des ersten Fluides bei dessen Auftreffen auf den Fügebereich ein Entstehen von etwaigen Spannungsrissen an dem Verbindungsbereich und damit einhergehende Undichtheiten vermieden werden, wodurch dauerhaft eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen den Fluiden ermöglicht ist. Die Verformung kann allgemein auch als Verformungsbereich oder alternativ als verformte Stelle bezeichnet werden. Der Fügeteilbereich kann allgemein als Teilbereich des Fügebereichs verstanden werden. Dementsprechend muss sich die Verformung nicht über den gesamten Fügebereich erstrecken.
An den wenigstens einen Fügebereich in Fluidhauptströmungsrichtung angrenzende Bereiche der mindestens zwei Trennwände können frei von der wenigstens einen Verformung sein. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass sich die Verformung ausschließlich über den Fügebereich erstreckt, was nicht ausschließt, dass weitere Fügebereiche, beispielsweise ein zweiter Fügebereich, welcher in Fluidhauptströmungsrichtung von dem Fügebereich beabstandet sein kann und beispielsweise dem Fluidaustrittsbereich zugeordnet sein kann, nicht ebenfalls eine derartige Verformung, nämlich eine zweite Verformung aufweisen kann.
Die Verformung kann grundsätzlich plastisch ausgebildet sein, wodurch die Verformung dauerhaft und unabhängig vom Betriebszustand des Wärmeübertragers vorliegen kann. Unabhängig davon kann die Verformung bei der temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs elastisch deformierbar ausgestaltet sein. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, dass bei der temperaturbedingten Längenänderung zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich die Verformung elastisch deformiert werden kann, wobei von der Verformung verschiedene Zonen des Fügebereichs von der temperaturbedingten Längenänderung wenigstens weitgehend unbeeinflusst bleiben können. Insbesondere kann bewirkt werden, dass die temperaturbedingte Längenänderung vorzugsweise ausschließlich örtlich auf die Verformung oder - sofern vorhanden - mehrere Verformungen begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Verbindungsbereich, an welchem die Trennwände zumindest mittelbar, bevorzugt unmittelbar, mit der Gehäusewandung verbunden sind, besonders anfällig für Schäden infolge thermischer Spannungen ist. Dementsprechend wurde erkannt, dass das Auftreffen, insbesondere mit hoch transienten Fluidströmungsgeschwindigkeitsänderungen, des ersten Fluides mit hoher Fluidtemperatur auf den Fügebereich und die damit verbundene temperaturbedingte Längenänderung des Fügebereichs zur Schädigung des Verbindungsbereichs führen kann. Die Erfindung setzt hier an, da durch die Verformung eine, insbesondere elastische, Deformationszone geschaffen ist, auf welche die temperaturbedingte Längenänderung örtlich begrenzt sein kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Verformung als Ausbuchtung ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da die Ausbuchtung eine besonders aufwandsarm herzustellende Ausgestaltung der Verformung darstellt. Die Ausbuchtung kann beispielsweise durch gezielte formgebende Krafteinwirkung auf die Trennwände und damit einhergehende Herstellung der Verformung erzeugt werden.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Verformung wellenförmig ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da die wellenförmige Verformung, welche auch als Wellenkontur oder als Entlastungswelle bezeichnet werden kann, infolge der temperaturbedingten Längenänderung besonders gleichmäßig elastisch deformiert werden kann. Dadurch können etwaige Spannungsspitzen bei der elastischen Deformation der Verformung vermieden werden.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Verformung in eine von der Fluidhauptströmungsrichtung verschiedene Richtung orientiert. Von Vorteil ist hierbei, dass dadurch eine wirksame Kompensation der temperaturbedingten Längenänderung anhand der Verformung erfolgen kann. Sofern die Verformung beispielsweise wellenförmig und damit als Welle ausgebildet ist, kann beispielsweise ein Wellenberg der Verformung in diese Richtung orientiert sein. Die Richtung kann vorzugsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung und/oder senkrecht zu einer Mittelebene, zu welcher die Trennwände zumindest im Wesentlichen parallel orientiert sein können, ausgerichtet sein, wodurch eine besonders wirksame Kompensation der temperaturbedingten Längenänderung anhand der Verformung erfolgen kann.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Trennwände gleichgerichtet verformt. Dies ermöglicht eine zuverlässige Abdichtung des Fügebereichs entlang der Verformung. Mit anderen Worten kann die Verformung der Trennwände in die gleiche Richtung orientiert sein, wodurch trotz der Verformung zuverlässig eine Entstehung von Undichtheiten zwischen den Trennwänden vermieden werden kann.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Trennwände zumindest an der Verformung stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch kann eine besonders haltbare Abdichtung des Fügebereichs an der Verformung erfolgen. Bevorzugt sind die Trennwände entlang des gesamten Fügebereichs stoffschlüssig miteinander verbunden, wodurch eine besonders zuverlässige Abdichtung des Fügebereichs erzielt werden kann.
Allgemein kann beispielsweise ein zwischen den Trennwänden ausgebildeter, sich entlang des Fügebereichs und damit auch entlang der Verformung erstreckender Spalt eine gleichmäßige, einfach abzudichtende Spaltbreite aufweisen. Der Spalt kann beispielsweise mit einem Metalllot (z.B. Lötzinn) gefüllt und dadurch die Trennwände an dem Fügebereich miteinander gefügt sein.
In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Trennwände an dem Verbindungsbereich T-Stoß-förmig mit der Gehäusewandung verbunden. Dies ist von Vorteil, da die T-Stoß-förmige Verbindung mit besonders geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden kann. Unter der T-Stoß-förmigen Verbindung kann verstanden werden, dass die beiden Trennwände und die Gehäusewandung in einer Schnittebene, welche senkrecht zur Fluidhauptströmungsrichtung orientiert ist, an dem Verbindungsbereich miteinander eine T-Form bilden können.
Jede der Trennwände kann jeweils mindestens einen entlang der Gehäusewandung orientierten, vorzugsweise von dem Fügebereich weg orientierten Trennwandbereich aufweisen, an welchem die jeweilige Trennwand vorzugsweise stoffschlüssig mit der Gehäusewandung verbunden sein kann. Besonders bevorzugt können die Trennwände jeweils mindestens zwei einander gegenüberliegende Trennwandbereiche aufweisen, welche jeweils mit der Gehäusewandung verlötet sein können.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, mit zumindest folgenden Schritten:
- Ausbilden der wenigstens einen Verformung der mindestens zwei Trennwände zumindest in dem Fügeteilbereich und
- Fügen der mindestens zwei Trennwände an dem Fügebereich nach dem Ausbilden der wenigstens einen Verformung.
Der durch dieses Verfahren hergestellte Wärmeübertrager ermöglicht eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen den Fluiden.
Die Verformung kann grundsätzlich an jeder einzelnen Trennwand der mindestens zwei Trennwände ausgebildet und damit hergestellt werden. Mit anderen Worten kann jede der Trennwände einzeln verformt und dadurch die Verformung hergestellt werden. Anschließend kann das Fügen der mindestens zwei Trennwände erfolgen.
Bevorzugt kann jedoch eine gemeinsame Verformung der mindestens zwei Trennwände erfolgen, sodass eine Einzelbearbeitung der einzelnen Trennwände entfallen kann. Hierzu können die mindestens zwei Trennwände beispielsweise derart aneinandergelegt werden, dass sich die wenigstens zwei Trennwände an dem Fügebereich berühren und anschließend können die mindestens zwei Trennwände gemeinsam verformt werden, wodurch die Verformung gemeinsam an den mindestens zwei Trennwänden hergestellt werden kann.
Das Fügen der mindestens zwei Trennwände an dem Fügebereich kann dann nach dem Ausbilden der wenigstens einen Verformung erfolgen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Wärmeübertrager gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei der mit diesem Wärmeübertrager ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine ist eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen den Fluiden ermöglicht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertrager als Abgaskühler der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Mit dem als Abgaskühler, insbesondere als AGR-Kühler, ausgebildeten Wärmeübertrager ist eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen Abgas, als erstes Fluid, und Kühlmittel, als zweites Fluid, ermöglicht.
Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ausschnittsweise gezeigten
Wärmeübertragers einer Verbrennungskraftmaschine, welcher zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Fluiden, von welchen ein erstes Fluid als Abgas und ein zweites Fluid als Kühlmittel der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, dient, wobei die stark abstrahierte dargestellte Verbrennungskraftmaschine einem ebenfalls stark abstrahiert dargestellten Kraftfahrzeug zugeordnet ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Segments des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer ausschnittsweise gezeigten Variante des
Wärmeübertragers bei welcher Trennwände an einem gemeinsamen Fügebereich miteinander gefügt sind und Verformungen aufweisen, welche dazu vorgesehen sind, mechanische Spannungen infolge einer temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs zumindest zu verringern; und Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer weiteren ausschnittsweise gezeigten Variante des Wärmeübertragers, bei welcher sich mehrere Verformungen gemeinsam wellenförmig über den gesamten Fügebereich erstrecken.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs K, mit einer ebenfalls schematisch dargestellten Verbrennungskraftmaschine 100, welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs K ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 100 umfasst einen Wärmeübertrager 10, welcher als Abgaskühler, nämlich als AGR-Kühler der Verbrennungskraftmaschine 100 ausgebildet ist. Mittels des Wärmeübertragers 10 ist also eine sogenannte gekühlte Abgasrückführung beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 100 möglich. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Segments des in Fig. 1 gezeigten Wärmeübertragers.
Der Wärmeübertrager 10 dient zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Fluiden. Ein erstes Fluid der zwei Fluide ist vorliegend als Abgas ausgebildet, wohingegen ein zweites Fluid der zwei Fluide vorliegend als Kühlmittel, beispielsweise in Form eines Wasser- Frostschutzmittel-Gemisches, ausgebildet ist.
Der Wärmeübertrager 10 (hier: AGR-Kühler) umfasst ein Gehäuse 20, mit wenigstens einer Gehäusewandung 22. Die Gehäusewandung ist vorliegend als Blechteil ausgebildet und kann auch als Kühlmantelblech bezeichnet werden.
Die Gehäusewandung 22 begrenzt einen Gehäuseinnenraum 24 des Gehäuses umfangsseitig. Der Gehäuseinnenraum 24 weist einen Fluideintrittsbereich 30 zum Einleiten des ersten Fluides in den Gehäuseinnenraum 24 und einen Fluidaustrittsbereich zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum 24 auf. Der vorliegend nicht weiter gezeigte Fluidaustrittsbereich ist vorliegend in einer Fluidhauptströmungsrichtung x des ersten Fluides stromab des Fluideintrittsbereichs angeordnet. Die Fluidhauptströmungsrichtung x entspricht einer Längserstreckungsrichtung des Wärmeübertragers 10. Mit andern Worten erfolgt also beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers 10 eine Durchströmung des Gehäuseinnenraums 24 mit dem ersten Fluid in Längserstreckungsrichtung des Wärmeübertragers 10.
Wie ebenfalls anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erkennbar ist, ist der Wärmeübertrager vorliegend als Platten-Wärmeübertrager ausgebildet. Die Platten des Wärmeübertragers 10 werden dabei durch paarweise miteinander verbundene Trennwände 40, 50, nämlich eine erste Trennwand 40 und eine zweite Trennwand 50, welche vorliegend als jeweilige Blechhalbschalen ausgebildet sind, gebildet. Eine Platte ist somit durch die erste Trennwand 40 und die zweite Trennwand 50 gebildet, wobei der Wärmeübertrager 10 eine Mehrzahl an derartigen Platten aufweist, wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist. Im Folgenden wird lediglich auf eine einzige Platte, die durch die beiden Trennwände 40, 50 gebildet ist, eingegangen, die nachfolgenden Ausführung gelten jedoch prinzipiell auch für die übrigen Platten des Wärmeübertragers 10.
Die Trennwände 40, 50 sind in dem Gehäuseinnenraum 24 aufgenommen und an einander in einer Hochrichtung z des Wärmeübertragers 10 gegenüberliegenden Verbindungsbereichen 60, 62 mit der Gehäusewandung 22 verbunden. Dabei weist die erste Trennwand 40 jeweilige, einander in der Hochrichtung z gegenüberliegende Trennwandbereiche 42 auf, wohingegen die zweite Trennwand 50 einander in der Hochrichtung z gegenüberliegende Trennwandbereiche 52 aufweist. Die jeweiligen Trennwandbereiche 42, 52 sind an die Gehäusewandung 22 angeformt. Mit anderen Worten verlaufen die Trennwandbereiche 42, 52 an den entsprechenden Verbindungsbereichen 60, 62 zumindest überwiegend parallel zu der Gehäusewandung 22 und vorliegend auch zueinander und sind an den Verbindungsbereichen 60, 62 stoffschlüssig, insbesondere durch eine Lötverbindung, mit der Gehäusewandung 22 verbunden.
Die Trennwände 40, 50 dienen zur Trennung der Fluide voneinander und begrenzen einen beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers 10 mittels des zweiten Fluides (hier: Kühlmittel) durchströmten Fluidaufnahmeraum 70 zumindest bereichsweise. Der Fluidaufnahmeraum 70 wird auch mittels der Gehäusewandung 22 bereichsweise, nämlich in der senkrecht zur Fluidhauptströmungsrichtung x orientierten Hochrichtung z des Wärmeübertragers 10, begrenzt. Der Fluidaufnahmeraum 70 ist in sämtlichen Fig. 1 bis Fig.
4 durch die Trennwände 40, 50 verdeckt und damit nicht einsehbar, es ist jedoch ohne weiteres klar, wie die als jeweilige Blechhalbschalen ausgebildeten Trennwände 40, 50 den Fluidaufnahmeraum 70 begrenzen können. So kann jeweils eine der Blechhalbschalen (Trennwände 40, 50) etwa eine Raumhälfte des Fluidaufnahmeraums 70 begrenzen.
Die Paare von Trennwänden 40, 50 sind jeweils zumindest an einem, dem Fluideintrittsbereich 30 zugeordneten und in der Fluidhauptströmungsrichtung x des ersten Fluides an den Fluidaufnahmeraum 70 angrenzenden Fügebereich 80 miteinander stoffschlüssig verbunden und dabei verlötet. Ein sich über den Fügebereich 80 erstreckender Spalt 84 zwischen den Trennwänden 40, 50 ist dabei mit Metalllot gefüllt, wodurch die Trennwände 40, 50 miteinander verlötet und der Spalt 84 gegenüber einem unerwünschten Austreten des zweiten Fluides (Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser) aus dem sich zwischen den Trennwänden 40, 50 erstreckenden Fluidaufnahmeraum 70 abgedichtet ist. Zusätzlich sind die Trennwände 40, 50 auch an einem, dem Fügebereich 80 in Fluidhauptströmungsrichtung x gegenüberliegenden, und dem Fluidaustrittsbereich zugeordneten weiteren Fügebereich miteinander verbunden, was jedoch in sämtlichen Fig. 1 bis Fig. 4 nicht erkennbar ist, zumal der Fluidaustrittsbereich nicht gezeigt ist.
An dem gemeinsamen Fügebereich 80 sind die jeweiligen Trennwände 40, 50 jeweils in einem Winkel, nämlich vorliegend einem rechten Winkel (90°-Winkel), zu den jeweiligen Trennwandbereichen 42, 52 orientiert. Die Trennwände 40, 50 sind dadurch an den Verbindungsbereichen 60, 62 T-Stoß-förmig mit der Gehäusewandung 22 verbunden, wie besonders deutlich in Fig. 2 erkennbar ist.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen in jeweils ausschnittsweiser, vergrößerter Darstellung eines Segments des Wärmeübertragers 10, dass die Trennwände 40, 50 zumindest in einem von dem Verbindungsbereich 60 beabstandeten Fügeteilbereich 82 des Fügebereichs 80 wenigstens eine Verformung 90 oder mehrere Verformungen 90 aufweisen. Die Verformungen 90 sind lediglich zu deren Verdeutlichung in Fig. 3 durch Kreise und in Fig. 4 durch Ellipsen umringt. Die Verformungen 90 sind jeweils dazu vorgesehen und ausgebildet, mechanische Spannungen an den Verbindungsbereichen 60, 62 infolge einer temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs 80 zumindest zu verringern. Durch die Verformungen 90 ist eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen den Fluiden ermöglicht. Während in der in Fig. 3 gezeigten Variante nur zwei Verformungen 90 an dem Fügebereich 80 vorgesehen sind, weist die in Fig. 4 gezeigte Variante eine Mehrzahl an Verformungen 90, also mindestens drei Verformungen 90 an dem Fügebereich 80 auf, welche vorzugsweise gleichmäßig über den Fügebereich 80 verteilt sind, wodurch eine besonders gleichmäßige Verteilung der temperaturbedingten Längenänderung über die jeweiligen Verformungen 90 erfolgen kann. Auf eine Darstellung der Verformung 90 bzw. der Verformungen 90 wurde in Fig. 1 und Fig. 2 lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Die Verformungen 90 sind vorliegend jeweils als wellenförmige Ausbuchtungen ausgebildet. Darüber hinaus sind die Verformungen 90 in eine von der Fluidhauptströmungsrichtung x verschiedene Richtung y orientiert. Die Richtung y entspricht vorliegend einer Querrichtung des Wärmeübertragers 10. Anhand von Fig. 3 und Fig. 4 ist erkennbar, dass die Trennwände 40, 50 gleichgerichtet verformt sind, sodass beide Trennwände 40, 50 jeweils an den Verformungen 90 in die Richtung y (Querrichtung) gewölbt sind.
Die Richtung y ist senkrecht zu einer Mittelebene M, zu welcher die Trennwände 40, 50 zumindest im Wesentlichen parallel orientiert sein können, ausgerichtet. Die Mittelebene M ist vorliegend durch die Fluidhauptströmungsrichtung x und die Hochrichtung z aufgespannt.
Die Fluidhauptströmungsrichtung x (Längserstreckungsrichtung des Wärmeübertragers 10), die Richtung y (Querrichtung des Wärmeübertragers 10) und die Hochrichtung z sind jeweils senkrecht zueinander orientiert.
Die Trennwände 40, 50 sind entlang des gesamten Fügebereichs 80 und damit auch an der Verformung 90 stoffschlüssig miteinander verbunden, nämlich verlötet.
Bei einem Verfahren zur Herstellung des Wärmeübertragers 10 können zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden, um beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers 10 eine besonders ausfallsichere Wärmeübertragung zwischen den Fluiden zu ermöglichen. In einem ersten Schritt erfolgt ein Ausbilden der wenigstens einen Verformung 90 der mindestens zwei Trennwände 40, 50 zumindest in dem Fügeteilbereich 82. In einem nachfolgenden zweiten Schritt erfolgt ein Fügen der mindestens zwei Trennwände 40, 50 an dem Fügebereich 80 nach dem Ausbilden der wenigstens einen Verformung 90.
Die Trennwände 40, 50 (Blechhalbschalen) können bei der Herstellung des vorliegenden Wärmeübertragers 10 einerseits an dem Fügebereich 80 miteinander und andererseits an den Verbindungsbereichen 60, 62 mit der Gehäusewandung 22 gefügt, insbesondere verlötet werden. Aufgrund von Mindestlötbreiten im Design des Wärmeübertragers 10 stellen die Verbindungsbereiche 60, 62 besonders steife Zonen des Wärmeübertragers 10 insbesondere am Fluideintrittsbereich 30 dar. Durch die Verformung 90 bzw. die Verformungen 90 kann eine unzulässig hohe mechanische Belastung, beispielsweise in Form einer Temperatur-Wechselbelastung, an den Verbindungsbereichen 60, 62 vermieden werden. Die Verformung(en) 90 verhindert/verhindern, dass die T-Stoß-förmig mit der Gehäusewandung 22 verbundenen Trennwände 40, 50 sich zu stark in Hochrichtung z ausdehnen, wodurch übermäßige Belastungen der Verbindungsbereiche 60, 62 selbst bei hoch transienter Durchströmung des Gehäuseinnenraums 24 mit besonders heißem Abgas (erstes Fluid) vermieden werden können. Die Verformungen 90 stellen gezielte Dehnungsbereiche dar, an welchen die temperaturbedingte Längenänderung erfolgen kann. Durch die geometrische Formgebung mittels der Verformungen 90 der Blechhalbschalen (Trennwände 40, 50) erfolgt eine gezielte Verringerung der Steifigkeit der Blechhalbschalen im Fügebereich 80. Durch die Verformungen 90 wird also die Struktur der verlöteten Blechhalbschalen lokal begrenzt weicher gestaltet und die Blechhalbschalen können so bei Temperatur-Wechselbelastung weniger Kräfte an ihre Randbereiche, also an die
Verbindungsbereiche 60, 62 übertragen. Die Verbindungsbereiche 60, 62 werden somit bei Temperatur- Wechselbelastung entlastet.
Bezugszeichenliste
10 Wärmeübertrager
20 Gehäuse 22 Gehäusewandung
24 Gehäuseinnenraum
30 Fluideintrittsbereich
40 erste T rennwand
42 Trennwandbereich 50 zweite Trennwand
52 Trennwandbereich
60 Verbindungsbereich
62 zweiter Verbindungsbereich 70 Fluidaufnahmeraum 80 Fügebereich
82 Fügeteilbereich
84 Spalt
90 Verformung
100 Verbrennungskraftmaschine K Kraftfahrzeug
M Mittelebene x Fluidhauptströmungsrichtung y Richtung z Hochrichtung

Claims

Ansprüche
1. Wärmeübertrager (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (100), zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden,
- mit wenigstens einem Gehäuse (20), welches zumindest eine Gehäusewandung (22) und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung (22) begrenzten Gehäuseinnenraum (24) aufweist, welcher einen Fluideintrittsbereich (30) zum Einleiten eines ersten Fluides der zumindest zwei Fluide in den Gehäuseinnenraum (24) und einen Fluidaustrittsbereich zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum (24) aufweist,
- mit mindestens zwei Trennwänden (40, 50), welche zumindest überwiegend in dem Gehäuseinnenraum (24) aufgenommen und an zumindest einem Verbindungsbereich (60) mit der Gehäusewandung (22) des Gehäuses (20) verbunden sind, und welche zur Trennung der Fluide voneinander einen mittels eines zweiten Fluids der wenigstens zwei Fluide durchströmbaren Fluidaufnahmeraum (70) zumindest bereichsweise begrenzen, wobei die mindestens zwei Trennwände (40, 50) zumindest an einem, dem Fluideintrittsbereich (30) zugeordneten und in einer Fluidhauptströmungsrichtung (x) des ersten Fluides an den Fluidaufnahmeraum (70) angrenzenden Fügebereich (80) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Trennwände (40, 50) zumindest in einem von dem Verbindungsbereich (60) beabstandeten Fügeteilbereich (82) des Fügebereichs (80) wenigstens eine Verformung (90) aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, mechanische Spannungen an dem zumindest einen Verbindungsbereich (60) infolge einer temperaturbedingten Längenänderung des Fügebereichs (80) zumindest zu verringern.
2. Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verformung (90) als Ausbuchtung ausgebildet ist.
3. Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Verformung (90) wellenförmig ausgebildet ist.
4. Wärmeübertrager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verformung (90) in eine von der Fluidhauptströmungsrichtung (x) verschiedene Richtung (y) orientiert ist.
5. Wärmeübertrager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Trennwände (40, 50) gleichgerichtet verformt sind.
6. Wärmeübertrager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Trennwände (40, 50) zumindest an der Verformung (90) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
7. Wärmeübertrager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Trennwände (40, 50) an dem Verbindungsbereich (60) T-Stoß- förmig mit der Gehäusewandung (22) verbunden sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest folgenden Schritten:
- Ausbilden der wenigstens einen Verformung (90) der mindestens zwei Trennwände (40, 50) zumindest in dem Fügeteilbereich (82) und
- Fügen der mindestens zwei Trennwände (40, 50) an dem Fügebereich (80) nach dem Ausbilden der wenigstens einen Verformung (90).
9. Verbrennungskraftmaschine (100) mit einem Wärmeübertrager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Verbrennungskraftmaschine (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (10) als Abgaskühler der Verbrennungskraftmaschine (100) ausgebildet ist.
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