WO2008003486A1 - Abgaskühler, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2008003486A1
WO2008003486A1 PCT/EP2007/005938 EP2007005938W WO2008003486A1 WO 2008003486 A1 WO2008003486 A1 WO 2008003486A1 EP 2007005938 W EP2007005938 W EP 2007005938W WO 2008003486 A1 WO2008003486 A1 WO 2008003486A1
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housing
exhaust gas
seal
cooler according
gas cooler
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PCT/EP2007/005938
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Peter Geskes
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Behr Gmbh & Co. Kg
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    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • Exhaust gas cooler in particular for a motor vehicle
  • the present invention relates to an exhaust gas cooler, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • exhaust gas recirculation is increasingly used to reduce the emission of pollutants, with the recirculated exhaust gas, which in the context of the invention is also understood to mean an exhaust gas / air mixture, being necessarily cooled.
  • exhaust gas coolers place high demands on the temperature resistance of the materials used.
  • it is generally desirable to form parts such as a coolant-carrying housing made of a material that can be inexpensively, easily and inexpensively brought into elaborate form.
  • DE 10 2004 045 016 A1 describes an exhaust gas cooler for a motor vehicle, in which a block of exchanger tubes is in each case accommodated in bottom sections at the ends, which in turn are connected, on the one hand, to an inlet diffuser and, on the other hand, to an outlet diffuser.
  • This arrangement is mounted in a plastic housing, wherein the plastic housing rests radially on the inlet diffuser and abuts axially on the outlet-side bottom piece, wherein the outlet-side bottom piece is fixed by means of a Umbörde- treatment on the plastic housing.
  • Such an arrangement is problematic in terms of assembly costs and the heat input of hot exhaust gas into the plastic housing in particular in the inlet area.
  • this preassembled unit also comprises the outlet diffuser, so that no more welding work in the immediate vicinity of the housing with the risk of heat input are required after the housing assembly. As a result, the reject rate in the production of the exhaust gas cooler is significantly reduced.
  • the inlet diffuser is held by at least one fastening means, in particular a screw, in a substantially axial direction against the housing, wherein the first and the second seal are subjected to force by the holder.
  • the fastening means is partially guided in a sleeve, which is a collar of the Ge engages through the housing.
  • the first seal is a high temperature resistant seal, in particular of metal.
  • the second seal has a temperature resistance up to at least about 200 0 C, wherein the second seal is made in particular of silicone.
  • the second seal may be a metal seal or made of another suitable material.
  • a third seal is provided between the housing and at least one of the two, the exit-side bottom piece or the outlet diffuser.
  • the third seal is subjected to force substantially perpendicular to the axial direction.
  • a simple assembly by inserting a prefabricated unit in the housing can generally be carried out, wherein in addition a large thermal change in length of the various components of the exhaust gas cooler can be compensated.
  • the third seal is slidably received for this purpose in the axial direction, so that a thermal expansion of the exhaust gas cooler in this direction can be compensated.
  • the exit-side bottom piece has a substantially extending in the axial direction Abkragung.
  • Such Abkragung can support the housing in a simple manner, the bottom piece and its Abkragung are in direct contact with the coolant, so that there is no risk of harmful heat input into the housing material in this area of the system of the housing with the outlet-side bottom piece.
  • the housing is provided with an exit-side end region via a fastening means, in particular a screw, at least one of the two, exit-side bottom piece or outlet diffuser set.
  • a fastening means in particular a screw, at least one of the two, exit-side bottom piece or outlet diffuser set.
  • the fastening means may also be a rivet, a clamp, a flanging, a circumferential tire or the like.
  • the housing has a form-fitting structure, in particular a taper, at an exit-side end region, wherein the outlet diffuser is positively supported against the structure.
  • a third seal is arranged between the positive-locking structure and the outlet diffuser.
  • a holding means is arranged on the outlet diffuser, wherein the holding means is connected to an outlet-side end region of the housing.
  • the holding means comprises at least one resilient sheet metal, wherein the sheet is fixed in an elastically prestressed state at the end region of the housing.
  • the housing consists at least partially of a plastic from the group polyamide (PA), polyphthalamide (PPA) and polyphenylene sulfide (PPS). These plastics are mechanically stable and temperature resistant up to temperatures of at least about 160 0 C.
  • PA polyamide
  • PPA polyphthalamide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the cooler can be inserted into an aluminum casting module or housing which, for example, attached to a motor, as is preferably screwed.
  • a simple transfer of the coolant can be realized, and the housing or module can preferably have points of attraction as attachment points for connection to the engine.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of an exhaust gas cooler.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of a second embodiment of an exhaust gas cooler.
  • FIG 3 shows a schematic sectional view of a third exemplary embodiment of an exhaust gas cooler.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a fourth exemplary embodiment of an exhaust gas cooler.
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of a fifth embodiment of an exhaust gas cooler.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of a sixth embodiment of an exhaust gas cooler.
  • the exhaust gas cooler according to FIG. 1 comprises an inlet diffuser 1, which enters the exhaust gas flow in the present case and which in the present case is a known actuator 2 for selectively distributing the exhaust gas flow to exchanger tubes and / or a bypass channel.
  • the actuator 2 is optional and is mainly used in internal combustion engines in passenger cars.
  • a bundle of parallel exchanger tubes 3 is at each of the ends of the exchanger tubes with an inlet-side bottom piece 4 and corresponding an exit-side bottom piece 5 welded.
  • the exchanger tubes 3 and the bottom pieces 4, 5 each consist of a non-susceptible steel or other suitable for guiding a hot exhaust gas stream material.
  • a conically-diffusing outlet diffuser 6 is welded.
  • a housing 7 of the exhaust gas cooler consists of a plastic and surrounds the bundle of exchanger tubes 3, wherein the housing 7 is sealed on the one hand with respect to the inlet side bottom piece 4 and on the other hand with respect to the outlet side bottom piece 5, so that the housing 7, bottom pieces 4, 5 and the exchanger tubes in total delimiting a volume to guide a coolant.
  • the housing 7 has an inlet 7a and an outlet 7b for the coolant, so that the housing 7 can be flowed through by the coolant, in particular the coolant of a main cooling circuit of an internal combustion engine of the motor vehicle. Both the walls of the exchanger tubes 3 and the inner surfaces of the bottom pieces 4, 5 which are in relation to the enclosed volume are in direct contact with the coolant.
  • the exhaust gas cooler is of the type to an I-flow cooler, in which the exchanger tubes 3 are substantially straight and arranged parallel to each other. Through the exchanger tubes 3 and the flow direction of the exhaust gas through the tubes an axial direction of the exhaust gas cooler is defined.
  • the inlet side bottom piece 4 and the housing 7 in the axial direction kraftbeetzschlagt by means of a first seal 8 and a second seal 9 sealingly fixed to each other.
  • the inlet-side bottom piece 4 has a radial Abkragung 4a, on the exhaust side, the first seal 8 and the coolant side, the second seal 9 is placed.
  • the Abkragung 4a and the seals 8, 9 have grooves, beads, cutting or other known means for positioning and sealing.
  • the housing 7 is formed by means of a molded-on th Abkragung 7c attached.
  • the Abkragitch 1 a, 4 a, 7 c have overlapping perforations or holes, which are penetrated by fasteners 10 designed as screws with nuts. Distributed over the circumference, a plurality of screws 10 are provided for secure fixing.
  • the fastener may also be a rivet, staple or other suitable means.
  • a sleeve is also inserted into the openings, which passes through the opening of the collar of the housing 7c and rests on the collar of the bottom piece 4a.
  • the first seal 8 is a metal gasket, for. Example of copper or another temperature-resistant metal with respect to the inlet temperature of the exhaust gas.
  • the second seal 9 is a silicone seal, which is temperature-resistant up to a temperature of about 200 ° C.
  • a circumferential nose 7e of the housing arranged in the exit direction behind the seal 11 snaps into a corresponding groove or groove 5b of the bottom piece 5, so as to reduce any vibration of the parts of the exhaust gas cooler relative to each other.
  • the housing 7 has over its entire length a free passage cross-section, wherein the bottom piece 5 with its Abkragung 5a and the outlet diffuser 6 do not collide with this free cross-section.
  • the insertion takes place with the outlet diffuser first into the inlet-side opening of the housing 7, that is to say according to FIG. 1 by a movement of the prefabricated unit from left to right.
  • the first seal 8 is placed on the first bottom piece 4, the inlet diffuser 1 is placed and the screws 10 are inserted and tightened with the sleeves.
  • the radial sealing of the collar 5a of the bottom piece 5 relative to the housing 7 by means of the third seal 11 also allows a compensation thermal expansion of the exchanger tubes 3 relative to the housing 7.
  • the seal 11, in the groove 7d in the axial direction opposite the housing 7 is fixed, slide on the collar 5 a of the bottom piece 5. It can also be provided that the seal 11 is fixed relative to the collar 5 a and slides relative to the housing 7 or slides with respect to both elements.
  • the exit-side end portion of the housing 7 is similar to the second embodiment secured by screws 12, wherein the screws 12 are screwed into nuts 13, which set on a conical wall portion 6 a of the outlet diffuser 6 are, in particular by means of welding.
  • the material thickness of the outlet diffuser 6 it may also be blind thread in the wall 6a.
  • An embodiment as in FIG. 3 is advantageous, for example, if the material thicknesses of, for example, the bottom piece 5 are not sufficient to provide screw threads.
  • the housing 7 has a form-fitting structure at its exit-side end region, which in the present case is formed as a taper 14 of the housing 7.
  • the taper 14 corresponds to a conical portion 6a of the wall of the outlet diffuser 6.
  • a seal 11a is inserted into a housing groove.
  • the seal 11a may be provided alternatively or in addition to the third seal 11 of the first embodiment.
  • the exhaust gas outlet side has a significantly lower temperature than the inlet side. Typical temperature values for the inlet-side exhaust gas 600 0 C to 700 0 C, while the outlet-side exhaust gas having temperatures of typically 150 0 C to 160 ° C.
  • the heating of the outlet diffuser 6 is therefore limited, so that the housing 7 and an elastic, possibly made of silicone seal 1 1a can rest against the wall 6a, without being destroyed.
  • Particularly uncritical is the principle of the fourth embodiment in the case in which the housing 7 is made of aluminum.
  • the seal 11 a can also be arranged on the adjacent flange of the cylindrical segment of the outlet diffuser, so that then the housing then further back to nearer to the connection flange extends zoom and a portion of the cylindrical segment surrounds. As a result, thermal expansions of the radiator block can be further compensated.
  • the outlet-side sealing of the housing 7 takes place, as in the first exemplary embodiment, by means of a ring seal 11 which rests on a collar 5 a of the bottom piece 5.
  • the housing 7 and the outlet side has a radial Abkragung 15 on which by means of screws 16 resilient plates 17 are fixed, which are fixed to the circumference of a wall 6a of the outlet diffuser 6.
  • the elastic sheets 17 can in principle be welded into the housing 7 on the wall 6a after the assembly has been pushed in, since the latter is far away from the housing 7.
  • the plates 17 are preferably fixed as shown by the dotted lines before inserting the unit into the housing 7 on the wall 6a and bent so that they do not initially cover the free cross section of the housing 7. Only after the insertion of the structural unit in the housing 7, they are bent resiliently according to the arrows in Fig. 5 and fastened by means of screws 16 to the collar 15. As a result, the housing 7 is securely held in the exit-side end region with respect to the outlet diffuser 6 and the bottom piece 5, wherein due to the spring elasticity of the sheets 17 there is still a good compensating thermal expansion.
  • FIG. 6 The sixth embodiment of FIG. 6 is similar in construction to the fifth embodiment, wherein instead of the resilient plates now a holding means 18 is pushed over the outlet diffuser 6 and bolted to the Abkragung 15 of the housing 7.
  • the holding means 18 is designed as a rotationally symmetrical funnel, which rests with its smaller opening circumferentially on a conical wall 6a of the outlet diffuser 6. This also makes it possible to mount the outlet-side end region of the housing 7 in an elastically flexible manner relative to the bottom piece 5 and the outlet diffuser 6. It is understood that the special features of the various embodiments can be meaningfully combined with each other depending on the requirements.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Eintrittsdiffusor (1) zur Zuführung eines Abgasstroms, einen Tauscherbereich mit einer Mehrzahl von sich in einer axialen Richtung erstreckenden Tauscherrohren (3), wobei die Tauscherrohre (3) an ihrem einen Ende an einem ersten, eintrittsseitigen Bodenstück (4) und an ihrem anderen Ende an einem zweiten, austrittsseitigen Bodenstück (5) aufgenommen sind, einen dem Eintrittsdiffusor (1) gegenüberliegenden Austrittsdiffusor (6) zur Abführung des Abgasstroms, und ein von einem Kühlmittel durchströmbares Gehäuse (7), wobei das Gehäuse (7) aus einem nicht hochtemperaturfesten Material, insbesondere Kunststoff oder Aluminium, besteht, wobei zwischen Eintrittsdiffusor (1) und erstem Bodenstück (4) eine erste Dichtung (8) zur Abdichtung des Abgases gegen die Umgebung und zwisehen erstem Bodenstück (4) und Gehäuse (7) eine zweite Dichtung (9) zur Abdichtung des Kühlmittels gegen die Umgebung angeordnet ist.

Description

Abgaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Verbrennungsmotoren insbesondere von Kraftfahrzeugen wird zunehmend Abgasrückführung zur Reduktion der Schadstoffemission eingesetzt, wobei das rückgeführte Abgas, unter dem im Sinne der Erfindung auch ein Abgas-Luft-Gemisch verstanden wird, notwendig gekühlt werden muss. Grundsätzlich stellen Abgaskühler hohe Anforderungen bezüglich der Temperaturfestigkeit der verwendeten Materialien. Andererseits ist es grundsätzlich gewünscht, Teile wie etwa ein kühlmittelführendes Gehäuse aus einem Material auszubilden, das preiswert, leichtbauend und kostengünstig in aufwendige Form bringbar ist.
DE 10 2004 045 016 A1 beschreibt einen Abgaskühler für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein Block aus Tauscherrohren jeweils endseitig in Bodenstücken aufgenommen ist, welche wiederum einerseits mit einem Eintrittsdiffusor und andererseits mit einem Austhttsdiffusor verbunden sind. Diese Anordnung ist in einem Kunststoffgehäuse angebracht, wobei das Kunststoffgehäuse an dem Eintrittsdiffusor radial anliegt und an dem austrittsseitigen Bodenstück axial anstößt, wobei das austrittsseitige Bodenstück mittels einer Umbörde- lung an dem Kunststoffgehäuse festgelegt ist. Eine solche Anordnung ist problematisch hinsichtlich des Montageaufwandes und des Wärmeeintrags des heißen Abgases in das Kunststoffgehäuse insbesondere im Einlassbereich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskühler anzugeben, bei dem ein insbesondere nicht hochtemperaturfestes Gehäuse auf einfache Weise montierbar ist und ein Wärmeeintrag in das Gehäuse insbesondere einlassseitig verringert ist.
Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Abgaskühler erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen zweier Dichtungsebenen, wobei eine erste Dichtung das Abgas gegen die Umgebung abdichtet und die zweite Dichtung das Gehäuse gegen das eintrittsseitige Bodenstück abdichtet, ist eine verbesserte Isolie- rung und Verteilung der Wärme der eintrittsseitig sehr heißen Abgase gegenüber dem Gehäusematerial erreicht. Zudem ist eine solche Anordnung einfach und sicher montierbar, wobei insbesondere nach der Verbindung des Gehäuses mit den restlichen Teilen des Abgaskühlers keine Hitze eintragende Maßnahmen wie etwa Schweißen oder Löten mehr erforderlich sind. Hier- zu ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, dass das erste Bodenstück, das zweite Bodenstück und die Tauscherrohre eine vormontierte, insbesondere verschweißte Einheit ausbilden, die in der axialen Richtung in das Gehäuse einschiebbar ist.
Besonders bevorzugt umfasst diese vormontierte Einheit zudem den Austrittsdiffusor, so dass nach der Gehäusemontage keinerlei Schweißarbeiten in unmittelbarer Umgebung des Gehäuses mit der Gefahr eines Wärmeeintrags mehr erforderlich sind. Hierdurch wird die Ausschussrate bei der Produktion des Abgaskühlers deutlich verringert.
In zweckmäßiger Ausgestaltung ist der Eintrittsdiffusor über zumindest ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, in im wesentlichen axialer Richtung gegen das Gehäuse gehalten, wobei die erste und die zweite Dichtung durch die Halterung kraftbeaufschlagt sind. Besonders bevorzugt ist das Befestigungsmittel teilweise in einer Hülse geführt, die einen Kragen des Ge- häuses durchgreift. Insgesamt ist hierdurch eine einfache Montage ermöglicht, wobei durch die Hülse mit einfachen Mitteln eine unterschiedliche Kraftbeaufschlagung der beiden Dichtungen realisierbar ist, wobei insbesondere die Kraftbeaufschlagung des aus weichem Material wie etwa Kunststoff oder Aluminium bestehenden Gehäuses durch einen Anschlag an der Hülse limitiert ist.
Vorteilhaft ist die erste Dichtung eine hochtemperaturfeste Dichtung, insbesondere aus Metall. Weiterhin vorteilhaft weist die zweite Dichtung eine Temperaturfestigkeit bis zumindest etwa 200 0C auf, wobei die zweite Dichtung insbesondere aus Silikon besteht. Alternativ kann auch die zweite Dichtung eine Metalldichtung sein oder aus einem anderen geeigneten Material bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Gehäuse und zumindest einem von beiden, dem austrittsseitigen Bodenstück oder dem Austrittsdiffusor, eine dritte Dichtung vorgesehen. Besonders bevorzugt ist dabei die dritte Dichtung im wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung kraftbeaufschlagt. Hierdurch kann generell eine einfache Montage durch Ein- schieben einer vorgefertigten Einheit in das Gehäuse erfolgen, wobei zudem eine große thermische Längenänderung der verschiedenen Komponenten des Abgaskühlers ausgeglichen werden kann. Vorteilhaft ist die dritte Dichtung hierzu in axialer Richtung gleitfähig aufgenommen, so dass eine thermische Ausdehnung des Abgaskühlers in dieser Richtung ausgleichbar ist.
Bei einer zweckmäßigen Konstruktion weist das austrittsseitige Bodenstück eine sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Abkragung auf. Eine solche Abkragung kann auf einfache Weise das Gehäuse stützen, wobei das Bodenstück und seine Abkragung in unmittelbarem Kontakt mit dem Kühlmittel stehen, so dass in diesem Bereich der Anlage des Gehäuses mit dem austrittsseitigen Bodenstück keine Gefahr eines schädlichen Wärmeeintrags in das Gehäusematerial besteht.
Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse mit ei- nem austrittsseitigen Endbereich über ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, zumindest einem von beiden, austrittsseitiges Bodenstück oder Austrittsdiffusor, festgelegt. Dies verbessert insgesamt die mechanische Festlegung des Gehäuses und verhindert auch bei hoher Lebensdauer des Abgaskühlers einen Kühlmittelaustritt. Das Befestigungsmittel kann auch ei- ne Niet, eine Klemme, eine Umbördelung, ein umlaufender Reifen oder ähnliches sein.
In einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Abgaskühlers hat das Gehäuse an einem austrittsseitigen Endbereich eine formschlüssige Struktur, insbesondere eine Verjüngung, wobei der Austrittsdiffusor formschlüssig gegen die Struktur abgestützt ist. Besonders bevorzugt ist dabei zwischen der formschlüssigen Struktur und dem Austrittsdiffusor eine dritte Dichtung angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Montage des Abgaskühlers.
In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist an dem Austrittsdiffusor ein Haltemittel angeordnet, wobei das Haltemittel mit einem austrittsseitigen Endbereich des Gehäuses verbunden ist. In einer vorteilhaften Realisierung umfasst das Haltemittel dabei zumindest ein federelasti- sches Blech, wobei das Blech in einem elastisch vorgespannten Zustand an dem Endbereich des Gehäuses festgelegt ist. Hierdurch ist eine Halterung des austrittsseitigen Gehäusebereichs ermöglicht, die zugleich eine Kompensation der thermischen Ausdehnung der verschiedenen Komponenten erlaubt. Weiterhin alternativ oder ergänzend ist das Haltemittel über den Austrittsdiffusor schiebbar und von dem Austrittsdiffusor formschlüssig gehalten. Ein solches Haltemittel ist in der Montage einfach und hinsichtlich des Ausgleichs von ausdehnungsbedingtem Spiel zweckmäßig.
Allgemein bevorzugt besteht das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Kunststoff aus der Gruppe Polyamid (PA), Polyphtalamid (PPA) und Po- lyphenylensulfid (PPS). Diese Kunststoffe sind mechanisch stabil und bis zu Temperaturen von wenigstens etwa 160 0C temperaturbeständig.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Kühler in ein AIu- minium-Guss-Modul oder -Gehäuse eingeschoben sein, welches beispiels- weise an einem Motor befestigt, wie vorzugsweise verschraubt wird. Durch dieses Gehäuse oder Modul wird eine einfache Übergabe des Kühlmittels realisierbar und das Gehäuse oder Modul kann vorzugsweise Verschau- bungspunkte als Befestigungspunkte zur Verbindung mit dem Motor aufwei- sen.
Weitere Vorteile und Merkmale eines erfindungsgemäßen Abgaskühlers ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden sechs bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Abgaskühlers beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Abgaskühlers.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Abgaskühlers.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausfüh- rungsbeispiels eines Abgaskühlers.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Abgaskühlers.
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines Abgaskühlers. Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Abgaskühlers.
Der Abgaskühler gemäß Fig. 1 umfasst einen hinsichtlich des Abgasstroms eintrittsseitigen Eintrittsdiffusor 1 , der vorliegend ein an sich bekanntes Stell- glied 2 zur selektiven Verteilung des Abgasstroms auf Tauscherrohre und/oder einen Bypasskanal. Das Stellglied 2 ist optional und findet vorwiegend bei Verbrennungsmotoren in Personenkraftwagen Anwendung.
Ein Bündel aus parallelen Tauscherrohren 3 ist an jedem der Enden der Tauscherrohre mit einem eintrittsseitigen Bodenstück 4 und entsprechend einem austrittsseitigen Bodenstück 5 verschweißt. Die Tauscherrohre 3 und die Bodenstücke 4, 5 bestehen jeweils aus einem nicht korrosionsanfälligen Stahl oder einem anderen zur Führung eines heißen Abgasstroms geeigneten Material. An dem austrittsseitigen Bodenstück 5 ist ein sich konisch ver- jungender Austrittsdiffusor 6 angeschweißt.
Ein Gehäuse 7 des Abgaskühlers besteht aus einem Kunststoff und umgibt das Bündel von Tauscherrohren 3, wobei das Gehäuse 7 einerseits gegenüber dem eintrittsseitigen Bodenstück 4 und andererseits gegenüber dem austrittsseitigen Bodenstück 5 abgedichtet ist, so dass Gehäuse 7, Bodenstücke 4, 5 und die Tauscherohre insgesamt ein Volumen zur Führung eines Kühlmittels eingrenzen. Das Gehäuse 7 hat einen Eintritt 7a und einen Austritt 7b für das Kühlmittel, so dass das Gehäuse 7 von dem Kühlmittel, insbesondere dem Kühlmittel eines Hauptkühlkreislaufs eines Verbrennungsmo- tors des Kraftfahrzeugs, durchströmbar ist. Dabei stehen sowohl die Wände der Tauscherrohre 3 sowie die bezüglich des eingeschlossenen Volumens inneren Oberflächen der Bodenstücke 4, 5 mit dem Kühlmittel in unmittelbarem Kontakt.
Bei dem Abgaskühler handelt es sich der Bauart nach um einen I-Flow- Kühler, bei dem die Tauscherrohre 3 im wesentlichen gerade verlaufen und parallel zueinander angeordnet sind. Durch die Tauscherrohre 3 bzw. die Strömungsrichtung des Abgases durch die Rohre wird eine axiale Richtung des Abgaskühlers definiert.
Eintrittsseitig sind der Eintrittsdiffusor 1 , das eintrittsseitige Bodenstück 4 und das Gehäuse 7 in axialer Richtung kraftbeaufschlagt mittels einer ersten Dichtung 8 und einer zweiten Dichtung 9 dichtend aneinander festgelegt. Dabei weist das eintrittsseitige Bodenstück 4 eine radiale Abkragung 4a auf, auf der abgasseitig die erste Dichtung 8 und kühlmittelseitig die zweite Dichtung 9 aufgelegt ist. Hierzu können die Abkragung 4a sowie die Dichtungen 8, 9 Rillen, Sicken, Schneiden oder andere an sich bekannte Mittel zur Positionierung und Abdichtung aufweisen. Auf die erste Dichtung 8 ist der Eintrittsdiffusor 1 mit einer an ihm vorgesehenen Abkragung 1a aufgesetzt. Auf die zweite Dichtung 9 ist das Gehäuse 7 mittels einer an ihm ausgeform- ten Abkragung 7c aufgesetzt. Die Abkragungen 1a, 4a, 7c weisen sich überdeckende Durchbrechungen bzw. Bohrungen auf, die von als Schrauben mit Muttern ausgebildeten Befestigungsmitteln 10 durchgriffen werden. Über den Umfang verteilt sind mehrere Schrauben 10 zur sicheren Festlegung vorge- sehen. Bei dem Befestigungsmittel kann es sich auch um eine Niet, eine Klammer oder ein anderes geeignetes Mittel handeln.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in die Durchbrechungen zudem eine nicht dargestellte Hülse eingesetzt, die die Durchbrechung des Kragens des Gehäuses 7c durchgreift und auf dem Kragen des Bodenstücks 4a aufliegt. Bei der ersten Dichtung 8 handelt es sich um eine Metalldichtung, z. B. aus Kupfer oder einem anderen hinsichtlich der eintrittsseitigen Temperatur des Abgases temperaturfesten Metall. Bei der zweiten Dichtung 9 handelt es sich um eine Silikondichtung, die bis zu einer Temperatur von etwa 200 °C tem- peraturfest ist. Bedingt durch die nicht dargestellte Hülse führt ein Anziehen der Schraube 10 mittels einer Mutter und ggf. vorgesehener Unterlegscheiben zu einer summarischen Kompression von Gehäusekragen 7c und zweiter Dichtung 9 um einen durch das Hülsenmaß definierten Hub, so dass die weichen Materialien von Gehäuse und zweiter Dichtung 9 nicht überbelastet werden. Die Metalldichtung 8 ist dagegen mit einer höheren Kraft anpressbar, die durch das Anzugsmoment der Schraube gegeben ist. Insgesamt erfolgt die Abdichtung von Eintrittsdiffusor 1 , Bodenstück 4 und eintrittsseitigem Ende des Gehäuses 7 somit in axialer Richtung.
Eine austrittsseitige Absichtung des Gehäuses 7 gegenüber dem zweiten Bodenstück 5 erfolgt über eine dritte Dichtung 11 , die als O-Ring auf einer sich in axialer Richtung erstreckenden Abkragung 5a des austrittsseitigen Bodenstücks 5 aufliegt. Die dritte Dichtung 11 ist gehäuseseitig in einer Ringnut 7d des Gehäuses eingelegt.
Eine in Austrittsrichtung hinter der Dichtung 11 angeordnete umlaufende Nase 7e des Gehäuses rastet in eine entsprechende Nut oder Rille 5b des Bodenstücks 5 ein, so dass eine eventuelle Schwingung der Teile des Abgaskühlers zueinander zu verringern. Das Gehäuse 7 weist über seine gesamte Länge einen freien Durchtrittsquerschnitt auf, wobei das Bodenstϋck 5 mit seiner Abkragung 5a und der Austrittsdiffusor 6 mit diesem freien Querschnitt nicht kollidieren. Bei der Montage wird zunächst insbesondere durch Schweißung oder Lötung eine vorgefertigte Einheit aus Austrittsdiffusor 6, Bodenstück 5 mit Abkragung 5a, Tauscherrohren 3 und eintrittsseitigem Bodenstück 4 mit Abkragung 4a hergestellt, welche nachfolgend in das Kunststoffgehäuse 7 eingeschoben werden, wobei zuvor die zweite Dichtung 9 platziert wird. Das Einschieben erfolgt mit dem Austrittsdiffusor voran in die eintrittsseitige Öffnung des Gehäu- ses 7, also gemäß Fig. 1 durch eine Bewegung der vorgefertigten Einheit von links nach rechts. Nach diesem Einschieben wird die erste Dichtung 8 auf dem ersten Bodenstück 4 platziert, der Eintrittsdiffusor 1 aufgesetzt und die Schrauben 10 mit den Hülsen eingesetzt und angezogen. Somit ist zur Montage des Gehäuses 7 kein Fertigungsschritt erforderlich, der einen Wärme- eintrag in das Gehäuse 7 bewirken kann, insbesondere keine Verlötung oder Verschweißung.
Die radiale Abdichtung des Kragens 5a des Bodenstücks 5 gegenüber dem Gehäuse 7 mittels der dritten Dichtung 11 ermöglicht zudem eine Kompensa- tion einer thermischen Ausdehnung der Tauscherrohre 3 gegenüber dem Gehäuse 7. Hierbei kann die Dichtung 11 , die in der Nut 7d in axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse 7 fixiert ist, auf dem Kragen 5a des Bodenstücks 5 gleiten. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Dichtung 11 gegenüber dem Kragen 5a fixiert ist und gegenüber dem Gehäuse 7 gleitet o- der gegenüber beiden Elementen gleitet.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 liegt im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Festlegung des austrittssei- tigen Endbereichs des Gehäuses 7 an dem Kragen 5a des Bodenstücks 5 vor, damit auch bei Materialermüdung oder hohem Kühlmitteldruck keine Undichtigkeit des Kühlmittels in diesem Bereich auftritt. In der vorliegenden schematischen Darstellung sind Schrauben 12 in radialer Richtung in den Kragen 5a eingeschraubt, wobei sie das Gehäuse 7 durchgreifen. Die Schrauben 12 sind austrittsseitig der dritten Dichtung 1 1 angeordnet. Falls die Materialstärke des Kragen 5a nur Durchgangsgewinde zulässt, können die Schrauben über weitere Dichtmittel abgedichtet werden, wie etwa eine Gewindedichtung.
Bei der Ausführung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 3) ist der austrittsseitige Endbereich des Gehäuses 7 ähnlich wie im zweiten Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 12 gesichert, wobei die Schrauben 12 in Muttern 13 eingeschraubt sind, die auf einem konischen Wandungsabschnitt 6a des Austrittsdiffusors 6 festgelegt sind, insbesondere mittels Schweißung. Je nach Materialstärke des Austrittsdiffusors 6 kann es sich auch um Sack- gewinde in der Wandung 6a handeln. Eine Ausführung wie in Fig. 3 ist zum Beispiel dann vorteilhaft, wenn die Materialstärken beispielsweise des Bodenstücks 5 nicht ausreichend sind, um Schraubgewinde vorzusehen.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 hat das Gehäuse 7 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel eine formschlüssige Struktur an seinem austrittsseitigen Endbereich, welche vorliegend als Verjüngung 14 des Gehäuses 7 ausgeformt ist. Die Verjüngung 14 korrespondiert mit einem konischen Abschnitt 6a der Wandung des Austrittsdiffusors 6. Zwischen der Verjüngung 14 und der Wandung 6a ist eine Dichtung 11a in eine Gehäuse- nut eingelegt. Die Dichtung 11a kann alternativ oder ergänzend zu der dritten Dichtung 11 des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen werden. Grundsätzlich hat das Abgas austrittsseitig eine erheblich niedrigere Temperatur als eintrittsseitig. Typische Temperaturwerte für das eintrittsseitige Abgas sind 600 0C bis 700 0C, wogegen das austrittsseitige Abgas Temperaturen von typisch 150 0C bis 160 °C aufweist. Die Erwärmung des Austrittsdiffusors 6 ist daher begrenzt, so dass das Gehäuse 7 und eine elastische, ggf. aus Silikon bestehende Dichtung 1 1a an der Wandung 6a anliegen können, ohne zerstört zu werden. Besonders unkritisch ist das Prinzip des vierten Ausführungsbeispiels in dem Fall, in dem das Gehäuse 7 aus Aluminium besteht.
Alternativ kann die Dichtung 11 a auch auf dem dem Anschlussflansch benachbarten zylindrischen Segment des Austrittsdiffusors angeordnet sein, so dass dann das Gehäuse dann weiter nach hinten bis näher an den An- schlussflansch heran reicht und einen Bereich des zylindrischen Segments umgibt. Dadurch können thermische Dehnungen des Kühlerblocks weiter kompensierbar sein.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 5) erfolgt die austrittsseitige Abdichtung des Gehäuses 7 ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel mittels einer Ringdichtung 11 , die auf einem Kragen 5a des Bodenstücks 5 aufliegt. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 7 auch austrittsseitig eine radiale Abkragung 15, an der mittels Schrauben 16 federelastische Bleche 17 festgelegt sind, die am Umfang einer Wandung 6a des Austrittsdiffusors 6 befestigt sind. Die elastischen Bleche 17 können grundsätzlich nach einem Einschieben der Baueinheit in das Gehäuse 7 an der Wandung 6a angeschweißt werden, da diese weit von dem Gehäuse 7 entfernt ist. Bevorzugt sind die Bleche 17 jedoch wie durch die gepunkteten Linien dargestellt vor dem Einschieben der Einheit in das Gehäuse 7 an der Wandung 6a festgelegt und so umgebogen, dass sie zunächst den freien Querschnitt des Gehäuses 7 nicht überdecken. Erst nach dem Einschieben der baulichen Einheit in das Gehäuse 7 werden sie gemäß der Pfeile in Fig. 5 federelastisch verbogen und mittels der Schrauben 16 an dem Kragen 15 befestigt. Hierdurch ist das Gehäuse 7 im austrittsseitigen Endbereich sicher gegenüber dem Austrittsdiffusor 6 und dem Bodenstück 5 gehalten, wobei aufgrund der Federelastizität der Bleche 17 weiterhin eine gute Ausgleichsfähigkeit thermischer Ausdehnungen besteht.
Das sechste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist in seiner Konstruktion dem fünften Ausführungsbeispiel ähnlich, wobei anstelle der federelastischen Bleche nunmehr ein Haltemittel 18 über den Austrittsdiffusor 6 geschoben und mit der Abkragung 15 des Gehäuses 7 verschraubt wird. Das Haltemittel 18 ist als rotationssymmetrischer Trichter ausgebildet, der mit seiner kleineren Öffnung umlaufend auf einer konischen Wandung 6a des Austrittsdiffu- sors 6 aufliegt. Auch hierdurch ist eine elastich nachgiebige Halterung des austrittsseitigen Endbereichs des Gehäuses 7 gegenüber dem Bodenstück 5 und dem Austrittsdiffusor 6 ermöglicht. Es versteht sich, dass die besonderen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Abgaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Eintrittsdiffusor (1) zur Zuführung eines Abgasstroms, einen Tauscherbereich mit einer Mehrzahl von sich in einer axialen Richtung erstreckenden Tauscherrohren (3), wobei die Tauscherrohre (3) an ihrem einen Ende an einem ersten, eintrittsseitigen Bodenstück (4) und an ihrem anderen Ende an einem zweiten, austrittsseitigen
Bodenstück (5) aufgenommen sind, einen dem Eintrittsdiffusor (1) gegenüberliegenden Austrittsdiffusor (6) zur Abführung des Abgasstroms, und ein von einem Kühlmittel durchströmbares Gehäuse (7), wobei das Gehäuse (7) aus einem nicht hochtemperaturfesten Material, insbesondere Kunststoff oder Aluminium, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Eintrittsdiffusor (1 ) und erstem Bodenstück (4) eine erste Dichtung (8) zur Abdichtung des Abgases gegen die Umgebung und zwischen erstem Bodenstück (4) und Gehäuse (7) eine zweite
Dichtung (9) zur Abdichtung des Kühlmittels gegen die Umgebung angeordnet ist.
2. Abgaskühler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bodenstück (4), das zweite Bodenstück (5) und die Tauscherrohre (3) eine vormontierte, insbesondere verschweißte Einheit ausbilden, die in der axialen Richtung in das Gehäuse (7) einschiebbar ist.
3. Abgaskühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Einheit zudem den Austrittsdiffusor (6) umfasst.
4. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einthttsdiffusor (1) über zumindest ein Befestigungsmittel (10), insbesondere eine Schraube, in im Wesentlichen axialer Richtung gegenüber dem Gehäuse (7) gehalten ist, wobei die erste und die zweite Dichtung (8, 9) durch die Halterung kraftbeaufschlagt sind.
5. Abgaskühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (10) teilweise in einer Hülse geführt ist, die einen
Kragen (7c) des Gehäuses durchgreift.
6. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (8) eine hochtemperaturfeste Dichtung, insbesondere aus Metall, ist.
7. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (9) eine Temperaturfestigkeit bis zumindest etwa 200° C aufweist, wobei die zweite Dichtung insbesondere aus Silikon besteht.
8. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (7) und zumindest einem von beiden, dem austrittsseitigen Bodenstück (5) oder dem Austrittsdiffusor (6), eine dritte Dichtung (11) vorgesehen ist.
9. Abgaskühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Dichtung (11 ) im Wesentlichen senkrecht zu der axialen Richtung kraftbeaufschlagt ist.
10. Abgaskühler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Dichtung (11) in axialer Richtung gleitfähig aufgenommen ist, so dass eine thermische Ausdehnung des Abgaskühlers ausgleichbar ist.
1 1 . Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das austrittsseitige Bodenstück (5) eine sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Abkragung (5a) aufweist.
12. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) mit einem austrittsseitigen Endbereich über ein Befestigungsmittel (12), insbesondere eine Schraube, an zumindest einem von beiden, austrittsseitiges Boden- stück (5) oder Austrittsdiffusor (6), festgelegt ist.
13. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) an einem austrittsseitigen Endbereich eine formschlüssige Struktur, insbesondere eine Verjün- gung aufweist, wobei der Austrittsdiffusor (6) formschlüssig gegen die
Struktur abgestützt ist.
14. Abgaskühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der formschlüssigen Struktur und dem Austrittsdiffusor (6) eine dritte Dichtung (11a) liegt oder angeordnet ist.
15. Abgaskühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1 1 a) auf dem konischen und/oder auf dem zylindrischen Segment des Austrittsdiffusors angeordnet ist.
16. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Austrittsdiffusor (6) ein Haltemittel (17, 18) angeordnet ist, wobei das Haltemittel (17, 18) mit einem austrittsseitigen Endbereich des Gehäuses (7) verbindbar ist.
17. Abgaskühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel zumindest ein federelastisches Blech (17) umfasst, wobei das Blech in einem elastisch vorgespannten Zustand an dem Endbereich des Gehäuses festgelegt ist.
18. Abgaskühler nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (18) über den Austrittsdiffusor (6) schiebbar und von dem Austrittsdiffusor (6) formschlüssig gehalten ist.
19. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Kunststoff aus der Gruppe Polyamid (PA), Polyphtalamid (PPA) und Polyphenylensulfid (PPS) besteht.
20. Abgaskühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse Teil eines gesamten Moduls oder gesamten Gehäuses ist, das an einen Motor direkt oder indirekt befestigbar ist, wie insbesondere mit dem Motor verschraubbar ist.
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