Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskühler für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Um die immer strenger werdenden Emissionsgrenzwerte einhalten zu können, wird seit langem Abgas einem Verbrennungsprozess wieder zugeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration im Zylinder verringert und die Temperatur und Geschwindigkeit der Verbrennung gesenkt werden können. Durch das Senken der Verbrennungstemperatur im Zylinder kann insbesondere die ΝΟχ-Rate gesenkt und dadurch die ΝΟχ-Emissionen verringert werden. Zur Verstärkung dieses Effektes werden zunehmend Abgaskühler eingesetzt, mit welchen die Temperatur des rückzuführenden Abgases gezielt gesenkt wird.

Aus der DE 28 137 47 A1 ist eine Wärmetauscherlamelle für die Verrippung von Wärmetauschrohren zum Wärmetausch eines die Wärmetauscherlamelle beaufschlagenden gasförmigen ersten Fluids mit einem in den

Wärmetauscherrohren geführten zweiten Fluid bekannt, wobei in mehreren Reihen verlaufende Anschlussstellen der Wärmetauscherlamelle an die

Wärmetauscherrohre und sich zwischen den Reihen erstreckende Schlitze vorgesehen sind.

Aus der DE 30 189 78 A1 ist ein Wirbelbildner zum Einbau in das Innere eines Rohres eines Wärmetauschers bekannt, mit wenigstens einer

schraubenförmigen, kontinuierlich verlaufenden Leiste. Dabei ist vorgesehen, dass ein Schnitt entlang einer Ebene, die durch die Schraubenachse hindurch läuft, Vorsprünge der gleichen Form und mit gleichen Abmessungen bildet, die entlang der Achse in Abstand zueinander angeordnet sind, wobei jeder dieser Vorsprünge bezogen auf eine senkrechte zur Schraubenachse unsymmetrisch ist.

Weitere Wärmetauscher sind beispielsweise aus der DE 10 2005 051 709 A1 , aus der EP 0 275 813 A1 sowie aus der US 7,337,831 B2 bekannt.

Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauschern bzw. Abgaskühlern ist, dass diese zwar eine vergleichsweise hohe Kühlleistung erbringen, jedoch unter Umständen anfällig hinsichtlich sogenannter Fouling-, Verschmutzungs-, Versottungs- oder Verrußungsprozesse sind, bei welchen Ablagerungen auf den einzelnen Kühlgeometrien gebildet und dadurch die Leistung des Abgaskühlers bzw. Wärmetauschers zunehmend verschlechtert wird. Sind die aus dem Stand der Technik bekannten Abgaskühler zudem als sogenannte Rohrbündelkühler ausgebildet, ist deren Herstellung vergleichsweise aufwändig und dadurch teuer.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Abgaskühler eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich

insbesondere durch eine langfristig verbesserte Kühlleistung auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der

unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem als Rohrbündelkühler ausgebildeten Abgaskühler für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit einem von Abgas oder Kühlmittel durchströmten Rohrbündel, in zumindest einem der Rohre zumindest zwei Einsätze zur Erhöhung der Wärmeübertragung vorzusehen, die axial zueinander versetzt und in einer Flucht oder zueinander verdreht angeordnet sind. Die Einsätze vergrößern dabei die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche und verbessern dadurch die Kühlleistung des erfindungsgemäßen Abgaskühlers, wobei die einzelnen, vergleichsweise kurzen Einsätze, deutlich einfacher montiert werden können, als bisherige, beispielsweise sich über die gesamte Länge der Rohre erstreckende Einsätze. Mit dem erfindungsgemäßen Abgaskühler wird somit nicht nur dessen Herstellung vereinfacht und dadurch auch verbilligt, sondern zudem kann die Kühlleistung aufgrund der

erfindungsgemäßen Einsätze (Inlays) deutlich gesteigert werden. Durch die axial zueinander versetzte und zugleich zueinander verdrehte Anordnung kann darüber hinaus ein sogenanntes„Fouling" (Faulverhalten) des Abgaskühlers positiv beeinflusst werden, wodurch Ablagerungen auf den Einsätzen bzw. an der Innenwandung der Rohre vermieden, zumindest aber reduziert werden können, so dass ein optimaler Wärmeübertrag auch langfristig gewährleistet werden kann. Die axial zueinander versetzte und gleichzeitig zueinander verdrehte Anordnung der einzelnen Einsätze erhöht die in dem jeweiligen Rohr auftretenden

Turbulenzen, wodurch insbesondere organische Ablagerungen (Ruß /

kondensierte Kohlenwasserstoffe) auf den Einsätzen reduziert werden können. Sind derartige Ablagerungen trotzdem wider Erwarten entstanden, bewirken die erhöhten Turbulenzen innerhalb des Rohres ein leichteres Ablösen der

entstanden Faulschichten, wodurch ein gewisser Selbstreinigungseffekt des erfindungsgemäßen Abgaskühlers eintritt. Der Abgaskühler zeichnet sich somit durch eine Optimierung der Inlays (Einsätze) aus, wodurch das Faulverhalten, die Leistungsdichte sowie auch ein Druckverlust positiv beeinflusst werden können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind zumindest zwei Einsätze, vorzugsweise sämtliche Einsätze, baugleich

ausgebildet. Die Einsätze können somit kostengünstig hergestellt und durch ein ledigliches axiales Ablängen zugeschnitten werden, wobei aufgrund der baugleichen Ausbildung der einzelnen Einsätze bzw. zumindest zweier Einsätze, zudem die Teilevielfalt und damit die Lager- und Logistikkosten reduziert werden können.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Lösung, weist zumindest ein Einsatz wenigstens einen Flügel (Winglet) zur Erzeugung von Turbulenzen und/oder kiemenartige Durchbrüche auf. Sowohl durch die Flügel als auch durch die kiemenartige Durchbrüche wird eine

Strömungsumlenkung innerhalb des Rohres und damit die Erzeugung von

Turbulenzen bewirkt, wodurch ein verbessertes Überstreichen der

Wärmetauscheroberflächen, das heißt der Oberflächen der Einsätze und des Rohres erreicht und damit eine verbesserte Wärmeübertragung und auch eine Vermeidung/Reduzierung von Ablagerungen erzielt werden kann. Die mittels der Flügel bzw. kiemenartigen Durchbrüche erzeugten Turbulenzen reduzieren zudem das Risiko von Ablagerungen und erhöhen die Chance, falls sich derartige Ablagerungen wider Erwarten gebildet haben sollten, dass sich diese im Sinne eines Selbstreinigungseffektes wieder lösen. Selbstverständlich können dabei die Flügel (Winglets) beispielsweise auch als Stegrippen oder Kiemenrippen ausgebildet sein. Bei Stegrippen werden aus einer Rippenoberfläche Segmente ausgestellt, wodurch es zu einer Quervermischung zwischen einzelnen

Rippenlagen kommt. Dabei sind die Abmessungen der Ausstellungen (Höhe, Breite, Position, Öffnungsposition) sowie deren Anordnung insbesondere hin oder weg zu den Rundrohren variabel. Kiemenrippen werden analog hergestellt, wobei sich durch die individuelle Festlegung der Kiemengeometrie (Breite, Höhe, Ausstellwinkel, Anzahl und Position) die jeweils gewünschten Eigenschaften einstellen bzw. optimieren lassen. Bei sämtlichen Einsätzen kann dabei sowohl das Material als auch eine Flügel-/Rippendichte variieren. Als vorzugsweise verwendetes Material kommt insbesondere Edelstahl, Aluminium oder Bundmetall in Betracht, wobei die Rippendichte zwischen 10 und 120 Ri/dm liegen kann.

Zweckmäßig ist zumindest ein Einsatz im zugehörigen Rohr verklebt, verlötet, verschweißt oder verstemmt. Der Abgaskühler kann selbstverständlich auch als ganz gewöhnlicher Wärmeübertauscher ausgebildet sein und dabei ein von einem ersten Medium durchströmtes Rohrbündel aufweisen, wobei in zumindest einem der Rohre des Rohrbündels zumindest zwei separate Einsätze zur

Erhöhung der Wärmeübertragung vorgesehen sind, die axial zueinander versetzt und zueinander verdreht angeordnet sind.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen

Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Abgaskühler in einer Ansicht, Fig. 2 eine Schnittdarstellung und eine Ansicht auf ein Rohr des

Abgaskühlers,

Fig. 3 Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit hinteren Einsätzen,

Fig. 4a bis c eine Schnittdarstellung durch ein Rohr des Abgaskühlers mit

jeweils unterschiedlichem Einsatz.

Entsprechend der Fig. 1 , weist ein erfindungsgemäßer Abgaskühler 1 für einen Verbrennungsmotor beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, ein von heißem Abgas 2 durchströmtes Rohrbündel 3 auf. Der Abgaskühler 1 kann generell auch ein beliebiger Wärmeübertrager sein. Das Rohrbündel 3 besitzt dabei eine Vielzahl parallel zueinander verlaufender Rohre 4, die außen von einem Kühlmedium 8, beispielsweise Kaltluft, umströmt sind. Zumindest in einem dieser Rohre 4, vorzugsweise in sämtlichen Rohren 4, sind dabei zumindest zwei Einsätze 5 zur Erhöhung der Wärmeübertragung vorgesehen, die axial zueinander versetzt und gleichzeitig zueinander verdreht angeordnet sind (vgl. Fig. 2 und 3 jeweils rechte Darstellung). Eine axiale Länge der erfindungsgemäßen Einsätze 5 kann dabei zwischen 10 und 1000 mm variieren, wobei zumindest zwei Einsätze 5 um zwischen 0° und bis zu 90° zueinander verdreht innerhalb des jeweiligen Rohres 4 angeordnet sind. Durch die verdrehte Anordnung zueinander kann nicht nur eine verbesserte Turbulenz und damit ein verbessertes Überstreichen des heißen Abgases 2 entlang der Wärmetauscheroberflächen erreicht werden, sondern zugleich auch ein unerwünschtes und negatives Faulverhalten reduziert werden. Dieses Faulverhalten führt zu Ablagerungen an einer Innenwandung des Rohres 4 und/oder auf den Einsätzen 5, wodurch der Wärmeübertrag und damit schlussendlich die Leistung des Abgaskühlers 1 beeinträchtigt werden. Die Einsätze 5 können beispielsweise eine glatte Oberfläche aufweisen, wie dies insbesondere in den Fig. 2 und 4a, 4b gezeigt ist, wobei auch das Vorsehen von Flügeln 6 (Winglets) oder kiemenartigen Durchbrüchen 7 (vgl. 4b) zur Erzeugung von Turbulenzen vorgesehen sein können. Derartige Flügel 6 bzw. Durchbrüche 7 erhöhen wiederum die Verwirbelung des Abgases 2 innerhalb des Rohres 4 und verbessern dadurch die Wärmeübertragung.

Die einzelnen Einsätze 5 innerhalb des Rohres 4 können dabei stirnseitig aneinander stoßen oder aber auch mit einem dazwischen angeordneten

Axialabstand zueinander angeordnet ein. Ein derartiger Axialabstand kann beispielsweise ebenso wie die Länge der einzelnen Einsätze 5 ca. 10 bis 500 mm betragen.

Betrachtet man die Fig. 4a und 4c, so kann man erkennen, dass der jeweils dort gezeigte Einsatz 5 eine im Querschnitt mäanderförmige Gestalt aufweist. Zur Befestigung der einzelnen Einsätze 5 innerhalb des Rohres 4 können diese beispielsweise mit dem Rohr 4 verklebt, verlötet, verschweißt oder aber verstemmt/verklemmt werden. Generell ist bei den Einsätzen 5 darüber hinaus darauf zu achten, dass diese beispielsweise an ihren freien Enden 9 flächig an der Innenwandung des Rohres 4 anliegen und dadurch einen hohen

Wärmeübertrag gewährleisten können. Sofern die Einsätze 5 zudem baugleich ausgebildet sind, lässt sich der erfindungsgemäße Abgaskühler vergleichsweise kostengünstig herstellen. Der Abgaskühler 1 stellt dabei prinzipiell lediglich eine mögliche Ausführungsform dar, so dass die erfindungsgemäßen Rohre 4 mit den darin angeordneten Einsätzen 5 im Rahmen eines Rohrbündels 3

selbstverständlich auch in anderen Kühlsystemen, wie beispielsweise in

Ladeluftkühlern oder im Bereich der chemischen oder

lebensmitteltechnologischen Industrie eingesetzt werden können. Mit den erfindungsgemäßen Einsätzen 5 lässt sich nicht nur die Leistungsdichte des Abgaskühlers 1 deutlich verbessern bzw. erhöhen, sondern ein Faulverhalten positiv beeinflussen, da die Einsätze 5 ein Ablagern von insbesondere

biologischen oder mineralischen Partikeln erschweren und abgelagerte Partikel zu dem leichter wieder losreißen. Als Material für die Einsätze 5 bzw. die Rohre 4 kann beispielsweise Metall, insbesondere Edelstahl, Aluminium oder Buntmetall, zum Einsatz gelangen, wobei selbstverständlich auch andere gut wärmeleitende Materialien denkbar sind. Denkbar wären auch beschichtete Werkstoffe (z.B. katalytische Schicht zur Totaloxidation von evt. vorhandenen

Restkohlenwasserstoffen).

Die einzelnen Einsätze 5 können jeweils stirnendseitig selbstverständlich auch miteinander verbunden, insbesondere verklebt, verlötet oder verschweißt sein. Durch das einzelne Einführen vergleichsweise kleiner Einsätze 5 in die einzelnen Rohre 4 kann die Herstellung des erfindungsgemäßen Abgaskühlers 1 deutlich erleichtert werden.