WO2006029700A2

WO2006029700A2 - Wärmetauscher für verbrennungsmotoren

Info

Publication number: WO2006029700A2
Application number: PCT/EP2005/009285
Authority: WO
Inventors: Claus Beck; Jürgen ROSIN; Hervé PALANCHON
Original assignee: Behr Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2006-03-23
Also published as: MX2007003016A; DE102004045021B4; CN101057071B; JP2008513646A; BRPI0515298A; WO2006029700A3; EP1794437A2; US20070295483A1; DE102004045021A1; CN101057071A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Verbrennungmotoren, umfassend einen ersten, länglichen Strömungskanal zur Durchführung von Abgasen des Verbrennungsmotors, einen zweiten, zu dem ersten Strömungskanal benachbart angeordneten Strömungskanal zur Durchführung der Abgase, eine von dem zweiten Strömungskanal getrennte Leitung zur Durchführung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmittels, wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas des zweiten Strömungskanals und dem Medium der Leitung austauschbar ist, und wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas in dem ersten Strömungskanal und dem Medium in der Leitung zumindest nicht in erheblichem Umfang austauschbar ist, und einen Ventilkanal mit einem stellbaren Ventilelement, wobei durch eine Stellung des Ventilelements eine Verteilung der Abgase auf den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal einstellbar ist. Ein Wärmetauscher, der hinsichtlich des beanspruchten Bauraums und der Fertigung besonders vorteilhaft ist, wird erfindungsgemäss dadurch geschaffen, dass der Ventilkanal ein Ventilkanalgehäuse umfasst, das aus einem ersten Gehäuseteil und zumindest einem zweiten Gehäuseteil zusammensetzbar ist.

Description

Wärmetauscher für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für Verbrennungmotoren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 , 7, 21 und 24.

Im modernen Bau von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren werden zunehmend Wärmetauscher eingesetzt, mittels derer Wärme der Fahrzeugabgase an ein Kühlmittel abgegeben wird. Dies kann zu Zwecken der schnellen Aufheizung des Kühlmittels oder zu Zwecken der Kühlung des Abgases, zum Beispiel in Verbindung mit einem Abgas-Rückführsystem, gewünscht sein. Dabei treten insbesondere in Verbindung mit weiteren Komponenten und Aggregaten moderner Kraftfahrzeuge Probleme hinsichtlich der Abgasführung als auch des Bauraumes auf.

DE 102 03 003 A1 beschreibt einen Wärmetauscher für Abgase, bei dem ein erster und ein zweiter Strömungskanal für Abgase parallel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei ein den Strömungskanälen vorgeordneter Ventilkanal die gleiche Strömungsrichtung aufweist wie die Strömungskanäle, also linear zu den Strömungskanälen angeordnet ist.

DE 100 25 877 A1 beschreibt einen Wärmetauscher für Abgase in mehreren Ausführungsformen, bei denen jeweils ein den Strömungskanälen vorgeordneter Ventilkanal eingangsseitig eine gleiche Strömungsrichtung aufweist wie die Strömungskanäle, also linear zu den Strömungskanälen angeordnet ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen eingangs genannten Wärmetauscher anzugeben, der hinsichtlich der Abgasführung besonders vorteilhaft ist.

Diese Erfindung wird für einen eingangs genannten Wärmetauscher erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß der Wärmetauscher auch bei begrenztem Bauraum, etwa im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, flexibel angeordnet werden kann. Zudem ist es vorteilhaft, daß sich daß Ventilelement nicht in der gleichen Strömungsachse wie die Strömungskanäle befindet, da sich somit durch den pulsierenden Abgasstrom von Verbrennungsmotoren gebildete, drehzahlabhängige stehende Wellen weniger auf die Mechanik des Ventilelements auswirken. Ebenso werden längs- und quergerichtete Schwingungen des Wärmetauschergehäuses im Bereich des Ventilkanals reduziert, was ebenfalls günstig für Funktion und Lebensdauer der Ventilmechanik ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist in Strömungsrichtung der Abgase der Ventilkanal vor den Strömungskanälen und ein Einlaßkanal vor dem Ventilkanal angeordnet, wobei besonders bevorzugt eine Strömungsachse des Einlaßkanals eine andere Richtung aufweist als die Strömungsachse des Ventilkanals und als die Strömungsachse der Strömungskanäle. Hierdurch ist eine stufenweise Krümmung der Abgasführung ermöglicht, so daß bei insgesamt kleiner Bauweise ein ungehinderter Abgasstrom zu gewährleistet ist. Besonders bevorzugt ist dabei ein Winkel zwischen der Strömungsachse des Ventilkanals und der Strömungsachse des Einlaßkanals größer als 30 Grad, um eine ausreichend große Umlenkung des Abgasstromes zu erreichen.

Ebenfalls bevorzugt ist ein Winkel zwischen der Strömungsachse des Ventilkanals und der Strömungsachse des Strömungskanals größer als 30 Grad, besonders bevorzugt größer als 40 Grad. Dabei können sich die Winkel zwischen Strömungskanal und Ventilkanal und Ventilkanal und Einlaßkanal hinsichtlich der Abgasführung addieren, um insgesamt besonders eine große Umlenkung des Abgasstromes zu erreichen, ohne damit verbundene Nachteile in nennenswerten Umfang in Kauf zu nehmen. Insbesondere eine hinsichtlich Verwirbelungen und Strömungswiderstand ungünstige Abgasführung, die auf kleinstem Raum eine Umlenkung des Abgasstromes von 90 Grad erzwingt, wird wirkungsvoll vermieden.

Um die zuvor genannten Nachteile in besonderem Maße zu vermeiden, ist besonders bevorzugt ein Winkel zwischen der Strömungsachse des Ventilkanals und der Strömungsachse des Strömungskanals kleiner als 60 Grad. Dies steht der zuvor erwähnten zweistufigen Umlenkung des Abgasstromes auf Gesamtwinkel von bis zu etwa 90 Grad nicht entgegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine mittlere Strömungslänge eines der Strömungskanäle zumindest um einen Faktor zwei, besonders bevorzugt um einen Faktor 2,5 größer als eine mittlere Strömungslänge des Ventilkanals. Dabei wird unter Strömungslänge die mittlere Weglänge der Abgase verstanden, also etwa der Weg entlang einer Symmetrieachse eines Abgaskanals. Unter Zugrundelegung der durch die vorgegebenen Wärmetauscherleistung bedingte Dimensionierung der Strömungskanäle ist hierdurch eine besonders raumsparende Bauweise eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers erreicht. Weiterhin bevorzugt weist das Ventilelement genau ein stellbares Klappenelement auf, so daß nur eine geringe Anzahl an Bauteilen erforderlich ist. Hinsichtlich einer entsprechend einfachen und effektiven Mechanik des Ventilelements ist das Klappenelement bevorzugt an einer antreibbar drehbaren Welle aufgenommen.

Besonders bevorzugt weist der Ventilkanal eine an das Klappenelement anschließende Trennwand auf, wobei der Ventilkanal durch die Trennwand zumindest abschnittsweise in zwei Ventilkanalhälften geteilt ist. Dies ermöglicht zugleich eine einfache Bauweise als auch eine verwirbelungsarme Abgasführung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Strömungskanal durchgängig im wesentlichen parallel zu dem ersten Strömungskanal angeordnet, und besonders bevorzugt sind der erste Strömungskanal und der zweite Strömungskanal in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen. Hierdurch wird jeweils eine kompakte Bauweise des Wärmetauschers begünstigt.

Die Aufgabe der Erfindung wir zudem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Durch die Anlage des Ventilelements an der Ausformung ist es vorteilhaft möglich, daß einer der Strömungskanäle jeweils besonders gut gegen den Durchfluß von Abgasen abdichtbar ist. Zudem ist ein vorzeitiger Materialverschleiß im Bereich einer Berührung von Ventilelement und Ventilkanal auf einfache Weise vermeidbar.

Vorteilhaft weist der Ventilkanal dabei einen kreisförmigen Querschnitt auf, und die Ausformung ist durch Verformung einer Wandung des Ventilkanals, insbesondere durch Prägung, ausbildbar. Hierdurch ist die Ausformung auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar. Die Aufgabe der Erfindung wird ferner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Durch die doppelte Wandung des zweiten Strömungskanals ist eine besonders gute Isolierung des durch diesen Kanal strömenden Abgases gegen einen Wärmetausch ermöglicht.

Vorteilhaft umfaßt der zweite Strömungskanal dabei ein Innenrohr, welches in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei eine Außenfläche des Innenrohrs zu dem Gehäuse beabstandet ist. Hierdurch ist es ermöglicht, daß der Wärmetauscher insgesamt kleinbauend gehalten werden kann, wobei insbesondere eine weitere Kombination des Gehäuses mit dem ersten Strömungskanal zu einer Baueinheit vorteilhaft ist.

Die Beabstandung des Gehäuses zu dem Innenrohr ist vorteilhaft mittels Abstandmitteln festlegbar. Diese können eine Mehrzahl von auf der Außenfläche des Innenrohres angeordneten Noppen umfassen, wodurch mit einfachen Mitteln eine doppelte Wandung des zweiten Strömungskanals bei guter thermischer Isolierung realisierbar ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft vorgesehen, daß das Innenrohr unmittelbar mit einem Leitblech verbunden ist, wobei das Leitblech in dem Ventilkanal angeordnet ist. Insbesondere vorteilhaft ist dabei das Ventilelement bewegbar an dem Leitblech angeordnet und der Ventilkanal ist unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden. Hierdurch ergibt sich eine zuverlässige und einfache Abfolge bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, indem zunächst Leitblech, Innenrohr und Gehäuse zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden werden. Danach kann dann der Ventilkanal über das Leitblech gebracht, zu diesem ausgerichtet und mit dem Gehäuse verbunden werden. Die jeweilige Verbindung kann durch Verschweißung oder Hartlöten erfolgen, wobei andere Arten der Festlegung nicht ausgeschlossen sind. Je nach Anforderungen kann das Ventilelement einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer einzigen Lagerstelle drehbar an dem Ventilkanal gelagert sein. Alternativ kann auch eine Lagerung an zwei beabstandeten Lagerstellen an dem Ventilkanal vorgesehen sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst. Durch die zumindest zweiteilige Ausbildung des Ventilkanalgehäuses ist es vorteilhaft ermöglicht, auch eine hinsichtlich einer optimierten Abgasführung aufwendige Formgebung des Ventilkanals auf einfache Weise herzustellen.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß das Ventilelement zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil aufgenommen ist, wobei es insbesondere vorteilhaft an zumindest einer der Gehäusehälften beweglich gelagert ist. Hierdurch wird eine einfache Montage des Wärmetauscher auch bei komplexer Formgebung der Teile ermöglicht sowie durch entsprechende Kontrolle bei der Montage eine funktionssichere Lagerung des Ventilelements auch bei auftretenden Maßtoleranzen der Bauteile ermöglicht.

Vorteilhaft sind die Gehäuseteile fest miteinander verbunden, insbesondere mittels Schweißung. Hierdurch ist eine hohe Gasdichtigkeit mit einer hohen Temperaturfestigkeit kombinierbar. Alternativ können andere temperaturfeste Verbindungen wie etwa Hartlöten vorgesehen sein. Auch eine Verbindung der Gehäuseteile mittels Verschraubung oder Vernietung oder Verbördelung ist möglich, wobei hinsichtlich der Gasdichtigkeit je nach Anforderung gegebenenfalls zusätzliche Dichtungsmittel vorzusehen sind.

Im Interesse einer kostengünstigen Herstellung ist bevorzugt zumindest eines der Gehäuseteile als Umformteil, insbesondere Tiefziehteil ausgebildet. Dies ermöglicht zudem vorteilhaft die Verwendung von Materialien, deren Herstellung über Gießprozesse problematisch ist, wie zum Beispiel Edelstahl. Es versteht sich, daß die zweiteilige Ausbildung des Ventilkanals keinem der zuvor genannten Merkmale der Erfindung widerspricht, so daß jedes der genannten Merkmale mit der zweiteiligen Ausbildung des Ventilkanals kombinierbar ist. Insbesondere können. an den Gehäuseteilen des Ventilkanals die zuvor genannten Ausformungen zur flächigen Anlage des Ventilelements ausgebildet sein. Insbesondere bei Ausbildung der Gehäuseteile als Umformteile können diese Ausformungen der Ventilkanalwandung vorteilhaft bereits im Wege des Umformprozesses mit ausgebildet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauscher von oben.

Fig. 2 zeigt den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 um 90° gedreht. Fig. 3 zeigt den Wärmetauscher gemäß Fig. 2 um 90° gedreht. Fig. 4 zeigt eine stirnseitige Draufsicht auf den Wärmetauscher gemäß

Fig. 1. Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittzeichnung durch den Ventilkanal des Wärmetauschers in der Orientierung gemäß Fig. 2. Fig. 6 zeigt eine aufgeschnittene räumliche Darstellung eines

Ausschnitts des Wärmetauschers aus Fig. 1.

Fig. 7 zeigt eine räumliche Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindunggemäßen Wärmetauschers. Fig. 8 zeigt eine Detailansicht des Wärmetauschers aus Fig. 7, wobei das Innere des Ventilkanals dargestellt ist. Fig. 9 zeigt eine räumliche Ansicht des Ventilelements des

Wärmetauschers aus Fig. 7 und Fig. 8. Fig. 10 zeigt eine räumliche Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, wobei innere Bauteile des Wärmetauschers teilweise dargestellt sind. Fig. 11 zeigt eine schematische Draufsicht von oben auf ein Detail des

Wärmetauschers aus Fig. 10. Fig. 12 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Detail von Fig. 11 von der Seite. Fig. 13 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Detail von Fig. 11 von vorne.

Fig. 14 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Innenrohr des Wärmetauscher aus Fig. 10 bis Fig. 8.

Fig. 15 zeigt eine räumliche Ansicht eines Details eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Fig. 16 zeigt eine räumliche Ansicht einer Abwandlung eines Ventilkanals des zweiten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers gemäß Fig. 7 bis Fig. 9.

Fig. 17 zeigt den Ventilkanal aus Fig. 16 aus einer anderen räumlichen

Perspektive. Fig. 18 zeigt den Ventilkanal aus Fig. 16 aus einer anderen räumlichen

Perspektive.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt einen ersten Strömungskanal 1 und einen zweiten Strömungskanal 2, wobei vorliegend der erste Strömungskanal als Mehrheit von parallelen Einzelkanälen ausgebildet ist (siehe Fig. 6). Fig. 6 zeigt, daß die beiden Strömungskanäle parallel zueinander angeordnet und in dem gleichen Gehäuse 3 untergebracht sind. Eine Leitung 4 zur Führung eines flüssigen Kühlmittels ist ebenfalls in dem Gehäuse 3 geführt und tritt an einem einlaßseitigen Anschluß 4a und einem auslaßseitigen Anschluß 4b jeweils aus dem Gehäuse heraus. Die Leitung 4 steht innerhalb des Gehäuses lediglich mit dem ersten Strömungskanal in wesentlichem Wärmekontakt, so daß ein relevanter Wärmeaustausch zwischen Abgas und Kühlmittel nur dann erfolgt, wenn die erste Strömungsleitung 1 vom Abgas durchströmt wird.

Der Wärmetauscher weist in Strömungsrichtung S der Abgase endseitig einen Auslaßkanal 5 auf, der vorliegend hinsichtlich des Abgasstromes parallel zu den Strömungskanälen ausgerichtet ist. Für besondere Anforderungen kann es jedoch bevorzugt vorgesehen sein, daß der Auslaßkanal 5 winkelig zu den Strömungskanälen 1 , 2 verläuft.

In Strömungsrichtung S vor den Strömungskanälen 1 , 2 ist ein Ventilkanal 6 angeordnet, der mit dem Gehäuse 3 verschweißt ist. Der Ventilkanal 6 ist weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist unter einem Winkel W1 von etwa 42° gegenüber den Strömungskanälen 1 , 2 an dem Gehäuse 3 angebracht. Dieser Winkel besteht zwischen einer eingangsseitigen Strömungsachse SV und jeweils Strömungsachsen SK1 , SK2 des ersten Strömungskanals 1 und zweiten Strömungskanals 2 (siehe Fig. 2).

In Strömungsrichtung S vor dem Ventilkanal 6 ist ein Einlaßkanal 7 angeschweißt, der eingangsseitig über einen Flansch 7a mit der weiteren

Abgasleitung verbindbar ist. Eine einlaßseitige Strömungsachse SE des

Einlaßkanals schließt mit der eingangsseitigen Strömungsachse SV des

Ventilkanals einen Winkel W2 von 35° ein. Die Winkel W1 und W2 liegen in einer Ebene, so daß die Strömungsachsen SE des Einlaßkanals und die Strömungsachsen SK1 , SK2 der Strömungskanäle 1 , 2 insgesamt einen Winkel von 77° einschließen. Alternativ können die Winkel jedoch auch in verschiedenen Ebenen liegen und von den vorliegenden Werten abweichen, um eine Anpassung an eine jeweils gegebenen Abgasführung zu ermöglichen.

In dem Ventilkanal 6 ist ein als antreibbar bewegbare Klappe ausgebildetes Klappenelement 8 aufgenommen (siehe Fig. 5). Die Klappe 8 ist fest mit einer drehbaren Welle 9 verbunden, welche sich entlang einer endseitigen Kante der Klappe 8 und senkrecht durch den Ventilkanal 6 erstreckt. Zudem ist ein festes Leitblech 10 in dem Ventilkanal vorgesehen, welches als Fortführung der Ventilklappe dient, bedingt durch das Leitblech 10 ist ein auslaßseitiger Endbereich des Ventilkanals in eine erste Ventilkanalhälfte 6a und eine zweite Ventilkanalhälfte 6b unterteilt, wobei jede der Ventilkanalhälften 6a, 6b jeweils mit einem der Strömungskanäle 1 , 2 verbunden sind. Durch das Leitblech 10, die Klappe 8 und die Welle 9 wird daher insgesamt ein Ventilelement ausgebildet, durch welches der Abgasstrom wahlweise in zumindest zwei verschiedene Kanäle geleitet werden kann.

Die Klappe 8 ist an ihrer der Welle 9 gegenüberliegenden Kante gebogen bzw. elliptisch ausgeformt, um eine dichtende Passung zu der Wand des im Querschnitt kreisförmigen Ventilkanals 6 zu erreichen. Bevorzugt kann die Wand des Ventilkanals im Bereich der Anlage der Ventilklappe eine entsprechende Bearbeitung aufweisen.

Die Klappe 8 ist über einen Antrieb 11 der Welle 9 bewegbar, wobei der Antrieb 11 vorliegend eine Unterdruckdose 12 umfaßt, durch welche eine Schubstange 13 bewegbar ist. Die Schubstange 14 ist endseitig mit einem an der Welle 9 festgelegten Drehzapfen 13 über ein Kugelgelenk verbunden. Hierdurch führt eine Schub- oder Zugbewegung der Schubstange 14 zu einer Drehung der Welle 9 und somit zu einer Verstellung der Klappe 8. Je nach Stellung der Klappe kann dann Abgas gar nicht, zu beliebigem Anteil oder vollständig durch den dem Wärmetausch dienenden ersten Strömungskanal 1 geleitet werden. Die Dimensionierung des Wärmetauschers ist vorteilhaft so ausgelegt, daß er insgesamt kleinbauend ist, ohne den Abgasstrom zu behindern. Mittlere

Strömungslängen der beiden Strömungskanäle 1 , 2 sind dabei jeweils gleich und entsprechen der geometrischen Länge der beiden Kanäle. Eine mittlere Strömungslänge des Ventilkanals 6 ist etwa die geometrische Länge einer Mittellinie des Ventilkanals 6. Vorliegend ist die mittlere Strömungslänge eines Strömungskanals 1 , 2 rund 2,7-fach größer als die mittlere Strömungslänge des Ventilkanals 6. Somit steht unter Beibehaltung der Vorteile der Erfindung der überwiegende Teil der Baulänge des Wärmetauschers für die eigentliche Wärmetauschung zur Verfügung.

Der Wärmetauscher gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 7 bis Fig. 9) weist wie im ersten Ausführungsbeispiel einen Ventilkanal 6 auf, der gegenüber den Strömungskanälen 1 , 2 winkelig angeordnet ist. Das Ventilelement 15 umfaßt ein Leitblech 10, an welchem eine an einer Welle 9 aufgenommene Ventilklappe 8 angeordnet ist.

Der Ventilkanal 6 umfaßt einen Abschnitt mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. In der Wandung dieses Abschnitts sind Ausformungen vorgesehen, an denen ein Randbereich 8a der Klappe 8 flächig anliegt, wenn sich die Klappe in einer Endstellung befindet. Der Anlage an die erste Ausformung 16 ist dabei die Durchleitung des Abgasstroms durch den zweiten Strömungskanal 2 und der Anlage an die Ausformung 17 die Durchleitung durch den ersten Strömungskanal 1 zugeordnet. Fig. 8 zeigt die Durchleitung durch den zweiten Strömungskanal.

Die Ausformungen 16, 17 sind jeweils durch Einpressung eines entsprechend geformten Stempels in die Wandung des Ventilkanals 6 hergestellt, so daß sie von außen sichtbar sind. Durch die flächige Anlage der Klappe 8 an den Ausformungen 16, 17 ist die Dichtung der Klappe verbessert und ein vibrierendes Anschlagen der Klappe gegen die Wandung des Ventilkanals 6 verringert.

Das Ventilelement 15 weist gemäß Fig. 9 eine erste Lagerstelle 18 und eine zweite, beabstandete Lagerstelle 19 auf. Die Welle 9 ist jeweils mit jeder der

Lagerstellen an dem Ventilkanal 6 gelagert, wobei die erste Lagerstelle einem

Durchbruch des Ventilkanals zugeordnet ist und die zweite Lagerstelle 19 einer sackartigen Aufnahme an dem Ventilkanal 6 auf der dem Durchbruch gegenüberliegenden Seite. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß auf die zweite Lagerstelle 19 verzichtet wird, so daß die Welle lediglich im Bereich eines Durchtritts durch den Ventilkanal 6 an einer einziger Lagerstelle 18 drehbar an dem Ventilkanal 6 aufgenommen ist.

Der Wärmetauscher gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 10 bis Fig. 14) weist im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen einen Ventilkanal 6' auf, der parallel zu den Strömungskanälen 1 , 2 ausgerichtet ist. Der Wärmetauscher umfaßt ein Gehäuse 3, in dem insgesamt fünfzehn parallele Röhren 1 a angeordnet sind, die zusammen den ersten Strömungskanal 1 bilden. Die Wandungen der Röhren 1a sind unmittelbar von dem Kühlmittel umströmt, welches durch das Gehäuse 3 fließt.

Der zweite Strömungskanal 2 ist ebenfalls in dem Gehäuse 3 aufgenommen. Der Strömungskanal 2 umfaßt eine Innenwandung 3a, welche in Fig. 11 und Fig. 13 als gestrichelte Linie dargestellt ist und als zweiseitig offener, rohrartiger Durchgang durch das Gehäuse 3 ausgebildet ist. Ferner umfaßt der zweite Strömungskanal ein Innenrohr 20, welches in den Durchgang eingeführt ist. Eine Außenfläche des Innenrohrs 20 umfaßt eine Anzahl von Abstandsmitteln 21 , welche als überstehende Noppen auf der Außenfläche des Innenrohrs 20 ausgebildet sind. Im in den Durchgang eingeschobenen Zustand berühren lediglich die Noppen 21 die Innenwandung 3a des Gehäuses 3 (siehe insbesondere Fig. 13), so daß der thermische Kontakt zwischen dem vom Kühlmittel umströmten Durchgang des Gehäuses und dem vom Abgas durchströmten Innenrohr 20 sehr klein ist. Insgesamt ist durch die beschriebene Anordnung eine doppelte Wandung des zweiten Strömungskanals 2 mit einer ersten Wandung (Gehäusedurchgang 3a) und einer zweiten Wandung (Innenrohr 20) ausgebildet.

Das Innenrohr 20 und der Durchgang 3a des Gehäuses weisen einen länglichen Querschnitt auf und schließen an ihren Stirnseiten jeweils bündig miteinander ab.

Die Detaildarstellung gemäß Fig. 15 zeigt im Gegensatz zu Fig. 10 einen Ventilkanal mit gewinkelter Ausrichtung, entspricht jedoch im Hinblick auf Anordnung und Festlegung von Gehäuse 3, Innenrohr 20 und Ventilelement 15 dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Darstellung von Fig. 15 zeigt eine bevorzugte Reihenfolge der Montage und Festlegung der Bauteile: Das Leitblech 10 umfaßt einen abgewinkelten Rand 10a mit einer dem Querschnitt des Innenrohrs 20 angepaßten Durchbrechung. Zunächst wird das Leitblech 10 mit einer Stirnseite des Innenrohrs 20 um den Rand der Durchbrechung herum verschweißt. Diese Einheit wird dann in den Durchgang 3a des Gehäuse 3 eingeschoben, wobei aufgrund der Noppen 21 regelmäßig eine gute reibschlüssige Halterung des Innenrohrs erreicht ist. Nachfolgend wird das Innenrohr und/oder das Leitblech 10 mit dem Gehäuse verschweißt, wobei gegebenenfalls ein Anpunkten ausreichend ist.

Hiernach wird der Ventilkanal 6 über das Leitblech 10 geschoben und gegebenenfalls die Ventilklappe 8 und die Welle 9 montiert. Nach genauer Ausrichtung des Ventilkanals 6 zum Ventilelement 15 wird der Ventilkanal 6 mit dem Gehäuse mit einer um die Stirnseite des Gehäuses umlaufenden Schweißnaht verschweißt. Eine insbesondere hinsichtlich der Montage besonders vorteilhafte Abwandlung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigen Fig. 16 bis Fig. 18. Dabei ist der Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel nur exemplarisch und die Abwandlung kann ebenso mit jedem der anderen Ausführungsbeispiele kombiniert werden.

Die äußere Wandung des Ventilkanals ist dabei nicht als einstückiges Gehäuse ausgebildet, sondern umfaßt ein Ventilkanalgehäuse 30, das aus einem ersten Gehäuseteil 31 und einem zweiten Gehäuseteil 32 zusammensetzbar ist. Die vorliegend zwei Gehäuseteile sind im wesentlichen als spiegelsymmetrische Hälften ausgeformt, wobei die Symmetriebene senkrecht durch die Welle 9 des Ventilelements 9, 10, 11 verläuft. Die Spiegelsymmetrie ist dabei nicht genau, da die Welle 9 das erste Gehäuseteil 31 durchgreift und im Bereich des Durchgriffs drehbar an dem ersten Gehäuseteil 31 gelagert ist. An dem zweiten Gehäuseteil 32 ist im gezeigten Beispiel keine Lagerung der Welle 9 vorgesehen. Alternativ kann die Welle 9 jedoch auch in einer entsprechenden Ausnehmung des zweiten Gehäuseteils 32 zusätzlich gelagert sein. Jedes der Gehäuseteile weist einen Teil einer jeweiligen, bereits im zweiten Ausführungsbeipiel beschriebenen Ausformung 16, 17 zur flächigen Anlage der Ventilklappe 8 auf. In den Zeichnungen Fig. 16 bis Fig. 18 ist der Übersichtlichkeit halber die Ventilklappe 8 nicht gezeigt.

Das in den Fig. 16 bis Fig. 18 dagegen dargestellte Leitblech 10 verläuft im wesentlichen senkrecht zu der genannten Symmetrie- oder Schnittebene des Ventilkanalgehäuses. Dabei weist das Leitblech 10 endseitige spitze Ausformungen 10a auf, die in korrespondierende randseitige Ausformungen der Gehäuseteile 31 , 32 eingreifen und mittels derer das Leitblech 10 zwischen den zusammengesetzten Gehäuseteilen 31 , 32 gehaltert ist. Neben einer lediglich klemmenden Halterüng kann dabei eine zusätzliche Verschweißung von Leitblech 10 und Gehäuseteilen 31 , 32 vorgesehen sein. Es ist zu beachten, daß das Leitblech 10 nicht mit der Welle 9 fest verbunden ist sondern sich nur bis in ihre unmittelbare Nähe erstreckt oder bei entsprechend genauer Justage gleitend an der Welle anliegt.

Jedes der Gehäuseteile 31 , 32 ist durch Umformung mittels Tiefziehen aus einem entsprechenden Rohling hergestellt worden. Im vollständig montierten Zustand des Wärmetauschers sind die Gehäuseteile, die insbesondere vorteilhaft aus Edelstahl bestehen, mittels Schweißung aneinander festgelegt.

Die Montage des Wärmetauschers erfolgt im Bereich des Ventilkanals dabei vorteilhaft wie folgt:

Zunächst wird die Ventilklappe 8 mit ihrer Welle 9 verbunden (in der Regel mittels Schweißung) und in das erste Gehäuseteil 31 drehbar eingesetzt. Nachfolgend werden die Gehäuseteile 31 , 32 aneinander mittels Schweißung festgelegt. Je nachdem, ob das Leitblech 10 klemmend und/oder durch Schweißung befestigt wird, kann seine Montage und Festlegung vor oder nach Verschweißung der Gehäuseteile oder auch zum Teil davor und zum Teil danach erfolgen.

Nach Festlegung des Leitblechs 10 kann bei Verwendung des Innenrohres 20 des dritten Ausführungsbeispiels zunächst das Innenrohr 20 mit dem Leitblech 10 verschweißt werden. Eine hierfür entsprechend vorteilhafte Ausformung des Leitblechs 10 kann der Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels entnommen werden.

Abschließend wird der so vormontierte Ventilkanal 6" mit dem Gehäuse 3, eventuell unter Einschiebung des Innenrohrs 20, zusammengebracht und mit dem Gehäuse 3 gasdicht verschweißt.

Bei dem zuvor beispielhaft geschilderten Montageablauf wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die Abgase zunächst im Bereich des Ventilkanals eintreten und daher gerade der Ventilkanal besonders hohe Temperaturen erreicht. Daher ist die Verschweißung, gegebenenfalls auch Hartverlötung der Einzelteile das bevorzugte Mittel zur Verbindung der Teile.

Je nach Anforderungen sind die jeweiligen besonderen Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht auf diese beschränkt, sondern frei miteinander kombinierbar, wobei gegebenenfalls durch bestimmte Kombinationen besonders vorteilhafte Wärmetauscher ausbildbar sind. Insbesondere sind Ausformung, Halterung und Montage des Innenrohrs 20 auf die ersten beiden Ausführungsbeispiele anwendbar, und die Ausformungen 16, 17 des Ventilkanals zur Anlage der Ventilklappe 8 sind nicht auf Ventilkanäle mit winkeliger Ausrichtung beschränkt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Wärmetauscher für Verbrennungmotoren, umfassend einen ersten, länglichen Strömungskanal (1 ) zur Durchführung von Abgasen des Verbrennungsmotors, einen zweiten, zu dem ersten Strömungskanal (1) benachbart angeordneten Strömungskanal (2) zur Durchführung der Abgase, eine von dem zweiten Strömungskanal (2) getrennte Leitung (4) zur Durchführung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmittels, wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas des zweiten

Strömungskanals (2) und dem Medium der Leitung (4) austauschbar ist, und wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas in dem ersten Strömungskanal (1 ) und dem Medium in der Leitung zumindest nicht in erheblichem Umfang austauschbar ist, und einen Ventilkanal (6, 6', 6") mit einem stellbaren Ventilelement (8, 9, 10), wobei durch eine Stellung des Ventilelements (8, 9, 10) eine Verteilung der Abgase auf den ersten Strömungskanal (1) und den zweiten Strömungskanal (2) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkanal (6, 6', 6") ein Ventilkanalgehäuse (30) umfaßt, das aus einem ersten Gehäuseteil (31 ) und zumindest einem zweiten Gehäuseteil (32) zusammensetzbar ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (8, 9, 10) zwischen dem ersten Gehäuseteil (31 ) und dem zweiten Gehäuseteil (32) aufgenommen ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (8, 9, 10) an zumindest einem der beiden

Gehäuseteile beweglich gelagert ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile fest miteinander verbunden sind, insbesondere mittels Schweißung.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Gehäuseteile (31 , 32) als Umformteil, insbesondere Tiefziehteil ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein oder mehrere weitere Merkmale der Ansprüche 1 bis 26.

7. Wärmetauscher für Verbrennungmotoren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten, länglichen Strömungskanal (1) zur Durchführung von

Abgasen des Verbrennungsmotors, einen zweiten, zu dem ersten Strömungskanal (1 ) benachbart angeordneten Strömungskanal (2) zur Durchführung der Abgase, eine von dem zweiten Strömungskanal (2) getrennte Leitung (4) zur Durchführung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmittels, wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas des ersten

Strömungskanals (1 ) und dem Medium der Leitung (4) austauschbar ist, und wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas in dem zweiten

Strömungskanal (2) und dem Medium in der Leitung zumindest nicht in erheblichem Umfang austauschbar ist, und einen Ventilkanal (6) mit einem stellbaren Ventilelement (8, 9, 10), wobei durch eine Stellung des Ventilelements (8, 9, 10) eine Verteilung der Abgase auf den ersten Strömungskanal (1 ) und den zweiten Strömungskanal (2) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine eingangsseitige Strömungsachse (SV) des Ventilkanals eine andere Richtung aufweist als eine Strömungsachse (SK1 ) des ersten Strömungskanals.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Abgase der Ventilkanal (6) vor den Strömungskanälen (1 , 2) und ein Einlaßkanal (7) vor dem Ventilkanal (6) angeordnet sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsachse (SE) des Einlaßkanals eine andere Richtung aufweist als die Strömungsachse (SV) des Ventilkanals und als die Strömungsachsen (SK1 , SK2) der Strömungskanäle (1 , 2).

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel (W2) zwischen der Strömungsachse des Ventilkanals und der Strömungsachse (SE) des Einlaßkanals größer als 30 Grad ist.

11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Strömungslänge eines der

Strömungskanäle (1 , 2) zumindest um einen Faktor zwei größer ist als eine mittlere Strömungslänge des Ventilkanals (6).

12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Strömungslänge eines der

Strömungskanäle (1 , 2) zumindest um einen Faktor 2,5 größer ist als eine mittlere Strömungslänge des Ventilkanals (6).

13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel (W1 ) zwischen der Strömungsachse (SV) des Ventilkanals und der Strömungsachse (SK1 ) des ersten Strömungskanals (1 ) größer als 30 Grad ist.

14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel (W1 ) zwischen der Strömungsachse

(SV) des Ventilkanals und der Strömungsachse (SK1 ) des ersten Strömungskanals (1 ) größer als 40 Grad ist.

15. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel zwischen der Strömungsachse (SV) des

Ventilkanals und der Strömungsachse (SK1) des ersten Strömungskanals kleiner als 60 Grad ist.

16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (8, 9, 10) genau ein stellbares

Klappenelement (8) aufweist.

17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenelement (8) an einer antreibbar drehbaren Welle (9) aufgenommen ist.

18. Wärmetauscher nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkanal (6) eine an das Klappenelement (8) anschließende Trennwand (10) aufweist, wobei der Ventilkanal (6) durch die Trennwand (10) zumindest abschnittsweise in zwei Ventilkanalhälften (6a, 6b) geteilt ist.

19. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strömungskanal (2) durchgängig im wesentlichen parallel zu dem ersten Strömungskanal (1 ) angeordnet ist.

20. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungskanal (1 ) und der zweite Strömungskanal (2) in einem gemeinsamen Gehäuse (3) aufgenommen sind.

21. Wärmetauscher für Verbrennungmotoren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten, länglichen Strömungskanal (1 ) zur Durchführung von Abgasen des Verbrennungsmotors, einen zweiten, zu dem ersten Strömungskanal (1 ) benachbart angeordneten Strömungskanal (2) zur Durchführung der Abgase, eine von dem zweiten Strömungskanal (2) getrennte Leitung (4) zur Durchführung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmittels, wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas des zweiten Strömungskanals (2) und dem Medium der Leitung (4) austauschbar ist, und wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas in dem ersten

Strömungskanal (1 ) und dem Medium in der Leitung zumindest nicht in erheblichem Umfang austauschbar ist, und einen Ventilkanal (6) mit einem stellbaren Ventilelement (8, 9, 10), wobei durch eine Stellung des Ventilelements (8, 9, 10) eine Verteilung der Abgase auf den ersten Strömungskanal (1 ) und den zweiten Strömungskanal (2) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkanal (6) eine Ausformung (16, 17) aufweist, wobei das Ventilelement (8, 9, 10) zumindest in einer Endstellung im wesentlichen flächig an der Ausformung (16, 17) anliegt.

22. Wärmetauscher nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkanal (6) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

23. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (16, 17) durch Verformung einer Wandung des Ventilkanals (6), insbesondere durch Pressung oder Prägung, ausbildbar ist.

24. Wärmetauscher für Verbrennungmotoren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten, länglichen Strömungskanal (1 ) zur Durchführung von Abgasen des Verbrennungsmotors, einen zweiten, zu dem ersten Strömungskanal (1 ) benachbart angeordneten Strömungskanal (2) zur Durchführung der Abgase, eine von dem zweiten Strömungskanal (2) getrennte Leitung (4) zur Durchführung eines Mediums, insbesondere eines Kühlmittels, wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas des zweiten Strömungskanals (2) und dem Medium der Leitung (4) austauschbar ist, und wobei Wärmeenergie zwischen dem Abgas in dem ersten

Strömungskanal (1 ) und dem Medium in der Leitung zumindest nicht in erheblichem Umfang austauschbar ist, und einen Ventilkanal (6) mit einem stellbaren Ventilelement (8, 9, 10), wobei durch eine Stellung des Ventilelements (8, 9, 10) eine Verteilung der Abgase auf den ersten Strömungskanal (1) und den zweiten Strömungskanal (2) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strömungskanal (2) eine doppelte Wandung (3a, 20) aufweist.

25. Wärmetauscher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strömungskanal (2) ein Innenrohr (20) umfaßt, welches in einem Gehäuse (3, 3a) aufgenommen ist, wobei eine Außenfläche des Innenrohrs (20) zu dem Gehäuse (3, 3a) beabstandet ist.

26. Wärmetauscher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (20) Abstandsmittel (21 ) umfaßt, mittels derer die Beabstandung des Innenrohrs (20) zu dem Gehäuse (3) festlegbar ist.

27. Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandmittel eine Mehrzahl von auf der Außenfläche des Innenrohres angeordneten Noppen (21 ) umfassen.

28. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr mit einem Leitblech (10) unmittelbar verbunden ist, wobei das Leitblech (10) in dem Ventilkanal (6) angeordnet ist.

29. Wärmetauscher nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilklappe (8, 9) bewegbar an dem Leitblech angeordnet ist.

30. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkanal (6) mit dem Gehäuse (3) unmittelbar verbunden ist.

31. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (8, 9, 10) an nur einer Lagerstelle (18) drehbar an dem Ventilkanal (6) gelagert ist.

32. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (8, 9, 10) an zwei beabstandeten Lagerstellen (18, 19) drehbar an dem Ventilkanal (6) gelagert ist.