Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Fluidkanalvorrichtung für einen derartigen Wärmeübertrager sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Fluidkanalvorrichtung.

Derartige Wärmeübertrager, auch Wärmetauscher genannt, dienen zur Übertragung von Wärme zwischen Fluiden. Zur Kühlung von Motoröl einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise der Einsatz sogenannter Öl-Kühlmittel-Wärmeübertrager üblich. Beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine können diese Öl-Kühlmittel-Wärmeübertrager auch zum Erwärmen des Motoröls herangezogen und dadurch der sogenannte Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine beschleunigt werden. Wärmeübertrager für Verbrennungskraftmaschinen können auch unmittelbarzu einem rohemissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine beitragen. Ein Beispiel hierfür stellt die gekühlte Abgasrückführung, auch als AGR abgekürzt, dar, bei welcher eine Teilmenge eines beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine emittierten Abgases aus einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine entnommen, mittels eines als AGR-Kühler ausgebildeten Wärmeübertragers gekühlt und anschließend einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Diese gekühlte Teilmenge des Abgases gelangt anschließend in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine und dient als sogenanntes Ballastgas bei der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, wodurch NOx-Rohemissionen signifikant reduziert werden können.

Aus der DE 102016210261 A1 ist ein Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid bekannt, wobei der Wärmetauscher für das erste Fluid von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite durchströmbar ist. Der Wärmetauscher weist mindestens zwei Trennbleche auf, die für das erste Fluid und das zweite Fluid voneinander getrennte Strömungsbereiche innerhalb des Wärmetauschers voneinander abgrenzen. Mindestens zwei benachbarte Trennbleche haben an zumindest einer der Stirnseiten des Wärmetauschers jeweils einen Verbindungsbereich, in welchem diese über eine Verbindung miteinander verbunden sind. Die Verbindung weist stirnseitig mindestens eine Ausnehmung auf. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen flexibel einsetzbaren Wärmeübertrager, welcher einen dauerhaft hohen Wirkungsgrad aufweist, eine Fluidkanalvorrichtung für einen solchen Wärmeübertrager, sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Fluidkanalvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Verbrennungskraftmaschine, zum Übertragen von Wärme zwischen zumindest zwei Fluiden,

- mit wenigstens einem Gehäuse, welches zumindest eine Gehäusewandung und einen zumindest bereichsweise mittels der Gehäusewandung begrenzten Gehäuseinnenraum aufweist, welcher einen Fluideintrittsbereich zum Einleiten eines ersten Fluides der zumindest zwei Fluide in den Gehäuseinnenraum und einen Fluidaustrittsbereich zum Ausleiten des ersten Fluides aus dem Gehäuseinnenraum aufweist, und

- mit wenigstens einer, in einem Innenraumteilbereich des Gehäuseinnenraums angeordneten Fluidkanalvorrichtung, welche eine zur Abgrenzung des ersten Fluids von einem zweiten Fluid ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung aufweist, die eine Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung zum Führen des ersten Fluids zwischen dem Fluideintrittsbereich und dem Fluidaustrittsbereich zumindest bereichsweise begrenzt, wobei zumindest einer der Fluidkanäle in Längserstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweist.

Der Fluideintrittsbereich kann dabei ebenso wie der Fluidaustrittsbereich sowohl dem Wärmeübertrager als auch der Fluidkanalvorrichtung zugeordnet sein. Anhand der Fluidkanalvorrichtungswandung kann eine unerwünschte Mischung des ersten Fluids mit dem zweiten Fluid verhindert werden. Mit anderen Worten kann also die Fluidkanalvorrichtungswandung dazu ausgebildet sein, das erste Fluid von dem zweiten Fluid, insbesondere innerhalb des Gehäuseinnenraums, getrennt zu halten.

Das erste Fluid kann vorzugsweise als Abgas ausgebildet sein. Das zweite Fluid kann vorzugsweise als Kühlwasser ausgebildet sein. Zwischen der

Fluidkanalvorrichtungswandung und der Gehäusewandung kann das zweite Fluid getrennt von dem ersten Fluid geführt werden. Bei dem Kühlwasser kann es sich vorzugsweise um ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser, also beispielsweise eine Wasser-Glykol- Mischung handeln. Das zweite Fluid kann also in einem, von dem Innenraumteilbereich verschiedenen Teilbereich des Gehäuseinnenraums geführt werden. Über die Fluidkanalvorrichtungswandung kann eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid einerseits in Form von Wärmeleitung beispielsweise durch die Fluidkanalvorrichtungswandung sowie andererseits durch erzwungene Konvektion an den jeweiligen Fluiden zugewandten und einander gegenüberliegenden Fluidkanalvorrichtungswandung-Oberflächen der Fluidkanalvorrichtungswandung erfolgen.

Der Wärmeübertrager kann allgemein besonders bevorzugt als Abgaswärmeübertrager, insbesondere als AGR-Kühler, also als Abgaskühler, welcher zur gekühlten Abgasrückführung verwendet werden kann, ausgebildet sein. Durch den zumindest bereichsweise wellenförmigen Verlauf des zumindest einen Fluidkanals, vorzugsweise sämtlicher Fluidkanäle der Mehrzahl an Fluidkanälen, ist eine Durchströmung der Fluidkanäle mit Abgas als dem ersten Fluid unter Kühlung des Abgases durch das zweite Fluid möglich, wobei derweilenförmige Verlauf eine verringerte Versottungsneigung der Fluidkanäle bewirkt. Mit anderen Worten bewirkt der wellenförmige Verlauf, der sich vorzugsweise beispielsweise über mehr als 90% der Fluidkanallänge der Fluidkanäle, besonders bevorzugt über die gesamte Fluidkanallänge, erstreckt, dass sich besonders geringe Anteile von im Abgas enthaltenen Partikeln und/oder Kohlenwasserstoffen dauerhaft unter Ausbildung einer unerwünschten Isolationsschicht in den Fluidkanälen ablagern und dadurch den Wirkungsgrad des Wärmeübertragers mit der Zeit erheblich verschlechtern. Zwar können Ablagerungen von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, und/oder eine Kondensation von Kohlenwasserstoffen in den Fluidkanälen nicht vollständig vermieden werden, jedoch hat sich gezeigt, dass die Verschmutzung der Fluidkanäle aufgrund der wellenförmigen Kontur dauerhaft, beispielsweise im Vergleich zu Rohrbündelkühlern mit kreisrundem Rohrquerschnitt der abgasführenden Rohre, auf einem geringen Niveau gehalten werden kann.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidkanalvorrichtung wenigstens ein Stützelement umfasst, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand, die einen ersten äußeren Fluidkanal der Mehrzahl an Fluidkanälen zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand abgestützten, ersten Stützelementbereich aufweist, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist, wobei das wenigstens eine Stützelement zur Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids vorgesehen ist. Unter dem Ausdruck komplementär ist im Rahmen der Erfindung eine gleichförmige, vorzugsweise identische, Ausgestaltung zu verstehen. Der erste Stützelementbereich kann damit ebenso wie die erste Fluidkanalwand wenigstens bereichsweise wellenförmig geformt sein. Dadurch können der erste Stützelementbereich und die erste Fluidkanalwand entlang eines zumindest bereichsweise wellenförmigen Kontaktbereichs zumindest bereichsweise aneinander anliegen. Über den wellenförmigen Kontaktbereich können der erste Stützelementbereich und die erste Fluidkanalwand unter Ausbildung eines bereichsweise wellenförmigen Formschlusses aneinander anliegen, wodurch einerseits eine unerwünschte Fluidströmung des ersten Fluids durch den wellenförmigen Kontaktbereich, also zwischen der ersten Fluidkanalwand und dem ersten Stützelementbereich, minimiert und andererseits eine einfache Lagesicherung des Stützelements in Längserstreckungsrichtung sichergestellt werden kann, da der wellenförmige Verlauf ein unerwünschtes Verrutschen des wenigstens einen Stützelements in Längserstreckungsrichtung verhindern kann.

Die jeweilen Fluidkanäle der Mehrzahl an Fluidkanälen können vorzugsweise übereinander, insbesondere in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung und damit auch des Wärmeübertragers übereinander, angeordnet sein. Zudem können mehrere Fluidkanalvorrichtungen des Wärmeübertrages nebeneinander, insbesondere in Quererstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung und damit auch des Wärmeübertragers nebeneinander, angeordnet sein. Dies ermöglicht in vorteilhafter weise einen einfachen Aufbau des Wärmeübertragers.

Unter dem Begriff äußerer Fluidkanal ist einer der Fluidkanäle der Fluidkanalvorrichtung zu verstehen, welcher nicht zwischen zwei weiteren Fluidkanälen der Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung angeordnet ist, sondern nur an einen Fluidkanal dieser Fluidkanalvorrichtung angrenzt. Die Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung kann beispielsweise zehn Fluidkanäle umfassen, nämlich zwei äußere Fluidkanäle und acht zwischen den äußeren Fluidkanälen angeordnete, innere Fluidkanäle. Unter dem Ausdruck innere Fluidkanäle sind dementsprechend diejenigen Fluidkanäle zu verstehen, welche zwischen den äußeren Fluidkanälen angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass außen liegende Fluidkanäle, wie der erste äußere Fluidkanal, eine erhöhte Verschmutzungsneigung aufweisen können, als innere Fluidkanäle, was einerseits auf eine ungleichmäßige Strömungsverteilung im Bereich der äußeren Fluidkanäle und andererseits auf die Formgebung der äußeren Fluidkanäle zurückgeführt werden kann. Während die inneren Fluidkanäle beispielsweise in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung (bzw. des Wärmeübertragers) an einander gegenüberliegenden Fluidkanalseiten mittels Fluidkanalwänden, welche die wellenförmige Kontur zumindest bereichsweise aufweisen, begrenzt sein können, sodass das erste Fluid beiderseits entlang der Wellenkontur durch die inneren Fluidkanäle geführt werden kann, können außen liegende Fluidkanäle einen anderen Strömungsquerschnitt aufweisen, welcher beispielsweise hinsichtlich einer Versottungsneigung ungünstiger als die inneren Fluidkanäle sein kann. So können äußerer Fluidkanäle beispielsweise nur einseitig mittels der (ersten) Fluidkanalwand entlang der Wellenform geführt sein, wohingegen weitere Kanalwände des ersten äußeren Fluidkanals durch die wellenformfreie Fluidkanalvorrichtungswandung gebildet sein können. Mit anderen Worten können also die inneren Fluidkanäle wenigstens an einander gegenüberliegenden Kanalseiten durch zwei Fluidkanalwände begrenzt sein, welche jeweils zumindest bereichsweise wellenförmig ausgebildet sein können, wohingegen der äußere Fluidkanal, bzw. die äußeren Fluidkanäle nur einseitig durch eine (einzige) Fluidkanalwand und im Übrigen durch die wellenformfreie, also nicht mit der wellenförmigen Kontur versehene, Fluidkanalvorrichtungswandung begrenzt sein können.

Die Erfindung setzt hier an, da der äußere Fluidkanal anhand des Stützelements wirksam abgedichtet und das Stützelement aufgrund der Formgebung des ersten Stützelementbereichs zudem in Längserstreckungsrichtung lagegesichert ist. Damit ist der Wärmeübertrager, der die wenigstens eine Fluidkanalvorrichtung aufweist, flexibel einsetzbar, denn der Wärmeübertrager kann insbesondere unter dauerhafter Aufrechterhaltung eines hohen Wirkungsgrades (Wärmeübertrager-Wirkungsgrad) nicht nur zur Kühlung von partikelfreien Fluiden genutzt werden, sondern vor allem auch als AGR- Kühler, also zur Kühlung von partikelhaltigem und kohlenwasserstoffhaltigem Abgas als dem ersten Fluid, wobei durch den Einsatz des Stützelements die Durchströmung des verschmutzungsanfälligen, äußeren Fluidkanals mit dem (partikelhaltigen) ersten Fluid zumindest weitgehend unterbunden und damit einer zu starken Verschmutzung (Versottung) des Wärmeübertragers effektiv entgegengewirkt werden kann.

Besonders bevorzugt weist der wellenförmige Verlauf wenigstens zwei voneinander verschiedene Krümmungen mit jeweils unterschiedlichen Krümmungsrichtungen auf. Der wellenförmige Verlauf kann somit vorzugsweise bereichsweise linksgekrümmt und bereichsweise rechtsgekrümmt sein. Dadurch ist eine besonders zuverlässige Lagesicherung des Stützelements gegenüber einem unerwünschten Verrutschen (Versatz) in der Längserstreckungsrichtung gegeben. Zusätzlich oder alternativ kann der wellenförmige Verlauf bevorzugt wenigstens eine Extremstelle aufweisen. Unter dem Ausdruck Extremstelle ist dabei im mathematischen Sinne zu verstehen, dass die erste Ableitung einer den wellenförmigen Verlauf beschreibenden, mathematischen Funktion den Wert 0 aufweist. Mit anderen Worten kann die Extremstelle als Hochpunkt oder als Tiefpunkt im Sinne einer Kurvendiskussion ausgebildet sein. Weist derweilenförmige Verlauf wenigstens eine Extremstelle auf, so kann eine besonders vorteilhafte Lagesicherung und Abdichtung durch wirksamen Formschluss erzielt werden, da hierdurch der erste äußere Fluidkanal zumindest bereichsweise formschlüssig umgriffen werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das wenigstens eine Stützelement wenigstens einen, mit dem ersten Stützelementbereich verbundenen, zweiten Stützelementbereich auf, welcher zumindest im Wesentlichen, den ersten äußeren Fluidkanal gegenüber einem Durchtreten des ersten Fluids durch den ersten äußeren Fluidkanal abdichtend an der Fluidkanalvorrichtungswandung in Anlage ist. Dies ist von Vorteil, da der zweite Stützelementbereich damit einerseits zur Lagesicherung des Stützelements und andererseits zur wirksamen Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals beiträgt. Damit übernimmt der zweite Stützelementbereich in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion. Der erste Stützelementbereich und der zweite Stützelementbereich können vorzugsweise einteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Stützelement als Blechbauteil ausgebildet sein, wodurch das Stützelement einerseits aufwandsarm herstellbar und andererseits besonders temperaturbeständig ist. Damit eignet sich das Stützelement in besonderem Maße für den Einsatz des Wärmeübertragers als Abgaskühler, insbesondere AGR-Kühler.

In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine zweite Stützelementbereich laschenförmig ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da eine Laschenform des zweiten Stützelementbereichs eine besonders einfache und damit aufwandsarm herstellbare Abdichtung ermöglicht. Unter dem Ausdruck laschenförmig ist zu verstehen, dass der zweite Stützelementbereich flächig ausgebildet und plattenförmig ist. Das Stützelement und damit auch der zweite Stützelementbereich kann dabei beispielsweise aus Blech gebildet sein, wobei der zweite Stützelementbereich eine einen Strömungsquerschnitt des ersten äußeren Fluidkanals zumindest im Wesentlichen verschließende und dadurch abdichtende Stützelementbereichsfläche aufweist. Unter dem Ausdruck im Wesentlichen verschließend ist dabei zu verstehen, dass es fertigungsbedingt dazu kommen kann, dass keine vollständige Abdichtung zwischen dem zweiten Stützelementbereich und dem ersten äußeren Fluidkanal vorliegt, sondern ein (Licht-)Spalt zwischen dem zweiten Stützelementbereich und dem ersten äußeren Fluidkanal liegen kann, durch welchen beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers das erste Fluid in geringen Mengen durchtreten kann.

In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließen der wenigstens eine erste Stützelementbereich und der wenigstens eine zweite Stützelementbereich einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel miteinander ein. Dies ist von Vorteil, da der von dem rechten Winkel verschiedene Winkel auf einfache Art und Weise eine elastische Verformung eines Verbindungsbereichs zwischen dem ersten Stützelementbereich und dem zweiten Stützelementbereich ermöglicht, sodass insbesondere eine federnde und damit reversible Verformung des Stützelements ermöglicht werden kann. Bevorzugt kann der zweite Stützelementbereich einer beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers vorliegenden Strömungsrichtung des ersten Fluids entgegengeneigt sein, wodurch ein Fluiddruck des ersten Fluids eine Dichtwirkung des zweiten Stützelementbereichs verstärken kann, indem der zweite Stützelementbereich durch den Fluiddruck gegen die Fluidkanalvorrichtungswandung gedrückt werden kann.

In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine Stützelement einen Zusatz-Stützelementbereich, welcher mit dem ersten Stützelementbereich verbunden ist, wobei der Zusatz-Stützelementbereich und der zweite Stützelementbereich zumindest im Wesentlichen gleichförmig ausgestaltet sind. Der Zusatz- Stützelementbereich und der zweite Stützelementbereich können somit beispielsweise jeweils laschenförmig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können der zweite Stützelementbereich und der Zusatz-Stützelementbereich zumindest im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Ausdruck „im Wesentlichen parallel“ zu verstehen, dass der zweite Stützelementbereich und der Zusatz-Stützelementbereich entweder (genau) parallel zueinander angeordnet sind und damit einen Zwischenwinkel von 0° zwischen einander einschließen oder einen Zwischenwinkel von bis zu 20° zwischen einander einschließen. Der zweite Stützelementbereich und/oder der Zusatz-Stützelementbereich kann vorzugsweise als Schottblech ausgebildet sein.

In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der wenigstens eine erste Stützelementbereich eine in Richtung des wenigstens einen zweiten Stützelementbereichs orientierte Wölbung auf. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders vorteilhafte Lagesicherung des Stützelements erfolgen kann, da der erste Stützelementbereich an der Wölbung die erste Fluidkanalwand zumindest bereichsweise umgreifen kann. In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt der erste Stützelementbereich zumindest bereichsweise formschlüssig an der ersten Fluidkanalwand an und ist infolge einer Verspannung des Stützelements zwischen der Fluidkanalvorrichtungswandung und der ersten Fluidkanalwand an die erste Fluidkanalwand gedrückt. Dadurch kann einerseits eine besonders zuverlässige Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals erzielt und andererseits eine aufwandsarme Lagesicherung des Stützelements sichergestellt werden, sodass insbesondere ein unerwünschter Versatz des Stützelements in Längserstreckungsrichtung verhindert werden kann.

In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Fluidkanalvorrichtung wenigstens ein Zusatz-Stützelement, welches in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung dem wenigstens einen Stützelement gegenüberliegend angeordnet und zwischen einer zweiten Fluidkanalwand eines dem ersten äußeren Fluidkanal in Hocherstreckungsrichtung gegenüberliegenden, zweiten äußeren Fluidkanals der Mehrzahl an Fluidkanälen und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist. Dies ist von Vorteil, da durch das Zusatz-Stützelement eine verbesserte Abstützung der Mehrzahl an Fluidkanälen an der Fluidkanalvorrichtungswandung sowie eine verbesserte Abdichtung erfolgen kann. Die Mehrzahl an Fluidkanälen kann somit, insbesondere in Hocherstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung, zwischen dem Stützelement und dem Zusatz-Stützelement verspannt und dadurch exakt positioniert sein.

In einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das Stützelement und das Zusatz-Stützelement mittels eines sich in Hocherstreckungsrichtung erstreckenden Verbindungselements miteinander verbunden. Dies ist von Vorteil, da durch das Verbindungselement eine verbesserte Lagesicherung des Stützelements und des Zusatz- Stützelements erzielt werden kann. Das Stützelement, das Zusatz-Stützelement und das Verbindungselement können bevorzugt einteilig miteinander verbunden sein, also einteilig ausgebildet sein, sodass eine aufwändige nachträgliche Verbindung entfallen kann. Vorzugsweise können das Stützelement, das Zusatz-Stützelement und das Verbindungselement als Blechbauteil ausgebildet sein.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Fluidkanalvorrichtung für einen Wärmeübertrager gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Fluidkanalvorrichtung weist eine zur Abgrenzung des ersten Fluids von dem zweiten Fluid ausgebildete Fluidkanalvorrichtungswandung auf, die eine Mehrzahl an Fluidkanälen der Fluidkanalvorrichtung zum Führen des ersten Fluids zwischen einem Fluideintrittsbereich des Wärmeübertragers und einem Fluidaustrittsbereich des Wärmeübertragers zumindest bereichsweise begrenzt, wobei zumindest einer der Fluidkanäle in Längserstreckungsrichtung der Fluidkanalvorrichtung wenigstens bereichsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidkanalvorrichtung wenigstens ein Stützelement umfasst, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf zumindest bereichsweise aufweisenden, ersten Fluidkanalwand, die einen ersten äußeren Fluidkanal der Mehrzahl an Fluidkanälen zumindest bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand abgestützten, ersten Stützelementbereich aufweist, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist. Durch die Fluidkanalvorrichtung ist der Wärmeübertrager besonders flexibel einsetzbar.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fluidkanalvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

Bereitstellen der Fluidkanalvorrichtungswandung, welche einen Innenraum der Fluidkanalvorrichtung umgibt;

Gemeinsames Einführen der Mehrzahl an miteinander verbundenen Fluidkanäle, sowie des wenigstens einen Stützelements, wodurch das wenigstens eine Stützelement zwischen der ersten Fluidkanalwand des ersten äußeren Fluidkanals der Mehrzahl an Fluidkanälen und der

Fluidkanalvorrichtungswandung angeordnet sowie verspannt wird und über den ersten Stützelementbereich, welcher zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf geformt ist unter Ausbildung eines Formschlusses zumindest zwischen dem ersten Stützelementbereich und der ersten Fluidkanalwand und unter Abdichtung des ersten äußeren Fluidkanals gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids gegen die erste Fluidkanalwand gedrückt wird. Die durch dieses Verfahren hergestellte Fluidkanalvorrichtung ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz des Wärmeübertragers.

Die Fluidkanalvorrichtungswandung kann den Innenraum der Fluidkanalvorrichtung zumindest bereichsweise umgeben, insbesondere ummanteln. Der Innenraum kann einen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung orientierten (also einen in einer orthogonal zur Längserstreckungsrichtung orientierten Ebene liegenden) Innenraumquerschnitt aufweisen, welcher bevorzugt langlochförmig ausgebildet sein kann. Ein derartiger, insbesondere langlochförmiger, Innenraumquerschnitt ermöglicht auf einfache Weise die Aufnahme und Einpassung der Mehrzahl an Fluidkanälen in dem Innenraum derart, dass die Fluidkanäle zumindest bereichsweise von der Fluidkanalvorrichtungswandung umgeben sind.

Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.

Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Fluidkanalvorrichtung für einen Wärmeübertrager;

Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Fluidkanalvorrichtung;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Fluidkanalvorrichtung gemäß einer in Fig. 2 gezeigten Schnittlinie D-D;

Fig. 4 eine Perspektivansicht zweier vereinzelt dargestellter Stützelemente der Fluidkanalvorrichtung;

Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht einer Variante der Fluidkanalvorrichtung für den Wärmeübertrager;

Fig. 6 eine Vorderansicht der in Fig. 5 gezeigten Variante der Fluidkanalvorrichtung; Fig. 7 eine Schnittdarstellung der Variante der Fluidkanalvorrichtung gemäß einer in Fig. 6 gezeigten Schnittlinie C-C; und

Fig. 8 eine Perspektivansicht zweier Stützelemente der Variante der Fluidkanalvorrichtung, wobei die Stützelemente mittels eines Verbindungselements einteilig miteinander verbunden sind.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Fluidkanalvorrichtung 40 für einen beispielsweise in Fig. 3 teilweise gezeigten Wärmeübertrager 10. In Fig. 5 und Fig. 6 ist eine weitere Variante der Fluidkanalvorrichtung 40 gezeigt, welche ebenfalls für den Wärmeübertrager 10 ausgebildet ist. Der Wärmeübertrager 10 kann zur Kühlung verschiedener Fluide 12, 14 einer vorliegend nicht weiter gezeigten Verbrennungskraftmaschine verwendet werden. Die Fluide 12, 14 sind vorliegend durch jeweilige Pfeile symbolisiert und können beispielsweise parallel zueinander, entgegengesetzt zueinander oder unter Ausbildung einer Kreuzströmung durch den Wärmeübertrager 10 geführt werden, um nur einige Beispiele zu nennen. In Fig. 1 und Fig. 5 sind exemplarisch zwei Koordinatensysteme gezeigt, welche eine Längserstreckungsrichtung x, eine Quererstreckungsrichtung y sowie eine Hocherstreckungsrichtung z der Fluidkanalvorrichtung 40 sowie des gesamten Wärmeübertragers 10 verdeutlichen.

Der Wärmeübertrager 10 kann allgemein als sogenannter AGR-Kühler ausgebildet sein und als solcher betrieben (verwendet) werden. Ein erstes Fluid 12 der Fluide 12, 14 kann als Abgas ausgebildet sein, welches beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch letztere emittiert wird. Das zweite Fluid 14 der beiden Fluide 12, 14 kann als Kühlwasser ausgebildet sein. Der Wärmeübertrager 10 weist mehrere, in einem Innenraumteilbereich 25 (siehe Fig. 3 und Fig. 7) eines Gehäuseinnenraums 24 eines Gehäuses 20 des Wärmeübertragers 10 angeordnete Fluidkanalvorrichtungen 40 auf, welche in Quererstreckungsrichtung y des Wärmeübertragers 10 (und damit auch der Fluidkanalvorrichtungen 40) nebeneinander angeordnet und in dem Gehäuseinnenraum 24 aufgenommen sind. Die Anordnung der Fluidkanalvorrichtungen 40 des Wärmeübertragers 10 in Quererstreckungsrichtung y nebeneinander ist vorliegend nicht weiter gezeigt. Der Gehäuseinnenraum 24 ist durch eine Gehäusewandung 22 des Gehäuses 20 umgeben.

Das Gehäuse 20 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich in Fig. 3 und Fig. 7 ausschnittsweise gezeigt. Das erste Fluid 12 kann durch einen in Fig. 3 und Fig. 7 erkennbaren Fluideintrittsbereich 26 in die jeweiligen Fluidkanalvorrichtungen 40 eintreten und an einem in Längserstreckungsrichtung x des Wärmeübertragers 10 (und damit auch der Fluidkanalvorrichtungen 40) dem Fluideintrittsbereich 26 gegenüberliegenden Fluidaustrittsbereich 28 austreten. Zwischen dem Fluideintrittsbereich 26 und dem Fluidaustrittsbereich 28 erfolgt beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmeübertragers 10 eine Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluid 12 und dem zweiten Fluid 14. So kann das zweite Fluid 14 (hier: Kühlwasser) innerhalb des Gehäuses 20 die jeweiligen Fluidkanalvorrichtungen 40 umströmen und dabei Wärme über jeweilige, die Fluidkanalvorrichtungen 40 jeweils bereichsweise umgrenzende Fluidkanalvorrichtungswände 42 mit dem ersten Fluid 12 (hier: Abgas) austauschen. Die Fluidkanalvorrichtungswände 42 können auch als Fluidkanalvorrichtungswandungen bezeichnet werden. Die Fluidkanalvorrichtungswände 42 können vorzugsweise aus Blech gebildet sein und einen, mit dem ersten Fluid 12 durchströmbaren Innenraum 44, welcher einen, in Fig. 2 und Fig. 6 besonders deutlich erkennbaren, langlochförmigen Innenraumquerschnitt aufweisen kann, umgeben.

Die jeweiligen Fluidkanalvorrichtungswandungen 42 umgrenzen jeweils eine Mehrzahl an Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 der Fluidkanalvorrichtung 40, wobei diese Fluidkanäle 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 zum Führen des ersten Fluids 12 zwischen dem Fluideintrittsbereich 26 und dem Fluidaustrittsbereich 28 dienen.

Die Fluidkanäle 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 sind jeweils in

Längserstreckungsrichtung x der Fluidkanalvorrichtung 40 mit einem wellenförmigen Verlauf 110 versehen. Derweilenförmige Verlauf 110 ergibt sich dabei vorliegend durch jeweilige, die Fluidkanäle 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 in Hocherstreckungsrichtung z begrenzende, ebenfalls zumindest bereichsweise den wellenförmigen Verlauf 110 aufweisende Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67. Vorliegend weisen die Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 über deren jeweilige Gesamtlänge (in Längserstreckungsrichtung x) den wellenförmigen Verlauf 110 auf.

Jede der Fluidkanalvorrichtungen 40 umfasst ein Stützelement 80, welches zwischen einer den wellenförmigen Verlauf 110 aufweisenden, ersten Fluidkanalwand 51 der Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, die einen ersten äußeren Fluidkanal 50 der Mehrzahl an Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 bereichsweise begrenzt, und der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 angeordnet ist und einen gegen die erste Fluidkanalwand 51 abgestützten, ersten Stützelementbereich 82 aufweist. Der jeweilige Stützelementbereich 82 ist zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf 110 geformt und die jeweiligen Stützelemente 80 sind zur Abdichtung des jeweiligen ersten äußeren Fluidkanals 50 gegenüber einem Durchtritt des ersten Fluids 12 vorgesehen.

Zur Abdichtung weist jedes Stützelement 80 einen, mit dem ersten Stützelementbereich 82 einteilig verbundenen, zweiten Stützelementbereich 86 auf. Der jeweils laschenförmig ausgebildete, zweite Stützelementbereich 86 ist dabei zumindest im Wesentlichen, den ersten äußeren Fluidkanal 50 gegenüber einem Durchtreten des ersten Fluids 12 durch den ersten äußeren Fluidkanal 50, abdichtend an der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 in Anlage.

Der jeweilige erste Stützelementbereich 82 und der jeweilige zweite Stützelementbereich 86 schließen einen von einem rechten Winkel verschiedenen Winkel a miteinander ein. Der erste Stützelementbereich 86 liegt vorliegend formschlüssig an der ersten Fluidkanalwand 51 an und ist infolge einer Verspannung des Stützelements 80 zwischen der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 und der ersten Fluidkanalwand 51 an die erste Fluidkanalwand 51 gedrückt.

Anhand von Fig. 3 und Fig. 4 ist erkennbar, dass die Stützelemente 80 einen Zusatz- Stützelementbereich 88 umfassen können, welcher insbesondere einteilig mit dem ersten Stützelementbereich 82 verbunden ist. Der Zusatz-Stützelementbereich 88 und der zweite Stützelementbereich 86 sind dabei vorliegend gleichförmig ausgestaltet und parallel zueinander orientiert.

Anhand von Fig. 4 und Fig. 8 ist deutlich zu erkennen, dass der erste Stützelementbereich 82 eine in Richtung des zweiten Stützelementbereichs 86 und damit auch in Richtung des Zusatz-Stützelementbereichs 88 orientierte Wölbung 81 aufweisen kann.

Ebenfalls anhand von Fig. 3, Fig. 4, Fig. 7 und Fig. 8 ist besonders deutlich zu erkennen, dass jede Fluidkanalvorrichtung 40 wenigstens ein Zusatz-Stützelement 90 umfassen kann, welches in Hocherstreckungsrichtung z der Fluidkanalvorrichtung 40 dem jeweiligen Stützelement 80 gegenüberliegend angeordnet und zwischen einer zweiten Fluidkanalwand 67 der Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 eines dem ersten äußeren Fluidkanal 50 in Hocherstreckungsrichtung z gegenüberliegenden, zweiten äußeren Fluidkanals 68 der Mehrzahl an Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 und der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 angeordnet ist und zumindest bereichsweise komplementär zu dem wellenförmigen Verlauf 110 geformt ist. Ebenso wie das erste Stützelement 80 ist auch das Zusatz-Stützelement 90 zur Abdichtung ausgebildet. Während also das erste Stützelement 80 den ersten äußeren Fluidkanal 50 gegen einen Durchtritt des ersten Fluids 12 abdichtet, dient das Zusatz-Stützelement 90 der Abdichtung des zweiten äußeren Fluidkanals 68 gegen eine Durchtritt des ersten Fluids 12.

Anhand von Fig. 7 und Fig. 8 ist erkennbar, dass das Stützelement 80 und das Zusatz- Stützelement 90 mittels eines sich in Hocherstreckungsrichtung z erstreckenden Verbindungselements 100 miteinander verbunden sein können.

Der wellenförmige Verlauf 110 an dem ersten Stützelementbereich 82 ist derart geformt, dass letztere eine Wölbung 81 aufweist. Diese Wölbung 81 kann wenigstens eine Extremstelle aufweisen. Die in Bezug auf das Stützelement 80 beschriebenen Eigenschaften gelten unmittelbar auch für das Zusatz-Stützelement 90, welches eine entsprechende Wölbung 91, einen entsprechenden ersten Stützelementbereich 92, einen zweiten Stützelementbereich 96 und einen Zusatzstützelementbereich 98 aufweist. Während bei dem Stützelement 80 der zweite Stützelementbereich 86 und der Zusatz-Stützelementbereich 88 jeweils an einem flexibel verformbaren Verbindungsbereich 84 mit dem ersten Stützelementbereich 82 verbunden sind, sind bei dem Zusatz-Stützelement 90 der zweite Stützelementbereich 96 und der Zusatz-Stützelementbereich 98 jeweils an einem flexibel verformbaren Verbindungsbereich 94 mit dem ersten Stützelementbereich 92 verbunden.

Zusammenfassend ermöglichen die Fluidkanalvorrichtungen 40 durch die jeweiligen Stützelemente 80, 90 einen Verschluss der Fluidkanäle 50, 68, wodurch beim Einsatz des Wärmeübertragers 10 als AGR-Kühler eine Verrußung der Fluidkanäle 50, 68 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und dem daraus resultierenden Durchströmen des Wärmeübertragers 10 mit dem ersten Fluid 12 zumindest weitgehende unterbunden werden kann. Die Stützelemente 80, 90 können aufgrund ihrer speziellen Formgebung (wellenförmiger Verlauf 110) formschlüssig an den Fluidkanalwänden 51, 67 anliegend im jeweiligen Fluidkanal 50, 68 gehalten werden. Die Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61,

63, 65, 67 können allgemein auch als Wärmetauscherlamellen bezeichnet werden. Durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung der Fluidkanalvorrichtungen 40 kann ein einzelnes, besonders taktzeitverlängerndes Einlegen der einzelnen Stützelemente 80, 90 vermieden werden. Stattdessen können gemäß dem Verfahren die Stützelemente 80, 90 gemeinsam mit den Fluidkanälen 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68 in den von der jeweiligen Fluidkanalvorrichtungswandung 42 umgebenen Innenraum 44 eingeführt und an der Fluidkanalvorrichtungswandung 42 abgestützt werden.

Durch die formschlüssige Positionierung der Stützelemente 80, 90, welche auch als Verschlussbauteile oder als Dichtelemente bezeichnet werden können, werden die

Stützelemente 80, 90 von der vorhandenen Kühlerlamelle (hier Fluidkanalwand 51 und 67) in Position gehalten.

Insgesamt werden die Verschlussbauteile 80, 90 (Stützelemente 80, 90) auch gemeinsam mit den Kühlerlamellen (Fluidkanalwände 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67) in die auch als Wärmetauscherrohr oder als Kühlerrohr bezeichnete Fluidkanalvorrichtungswandung 42 eingeführt, sodass kein zusätzliches Einlegen der Verschlussbauteile 80, 90 in einem separatem Prozess erforderlich ist. Weiterhin werden die Kühlerlamellen 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 durch die formschlüssige Positionierung der Verrschlussbauteile 80, 90 im Kühlerrohr (Fluidkanalvorrichtungswandung 42) positioniert. Darüber hinaus können durch das gemeinsame Einführen der Verschlussbauteile 80, 90 mit den Kühlerlamellen 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67 engere Toleranzen der Verschlussbauteile 80, 90 zum Kühlerrohr 42 realisiert werden, als dies bei bisherigen, konventionellen Wärmetauschern, üblich ist.

Bezugszeichenliste

10 Wärmeübertrager

12 erstes Fluid

14 zweites Fluid

20 Gehäuse

22 Gehäusewandung

24 Gehäuseinnenraum

25 Innenraumteilbereich

26 Fluideintrittsbereich

28 Fluidaustrittsbereich

40 Fluidkanalvorrichtung

42 Fluidkanalvorrichtungswandung 44 Innenraum

50 Fluidkanal

51 erste Fluidkanalwand

52 Fluidkanal

53 Fluidkanalwand

54 Fluidkanal

55 Fluidkanalwand

56 Fluidkanal

57 Fluidkanalwand

58 Fluidkanal

59 Fluidkanalwand

60 Fluidkanal

61 Fluidkanalwand

62 Fluidkanal

63 Fluidkanalwand

64 Fluidkanal

65 Fluidkanalwand

66 Fluidkanal

67 zweite Fluidkanalwand

68 Fluidkanal

80 Stützelement

81 Wölbung

82 erster Stützelementbereich

84 Verbindungsbereich 86 zweiter Stützelementbereich

88 Zusatz-Stützelementbereich

90 Zusatz-Stützelement

91 Wölbung 92 erster Stützelementbereich

94 Verbindungsbereich

96 zweiter Stützelementbereich

98 Zusatz-Stützelementbereich

100 Verbindungselement 110 wellenförmiger Verlauf a Winkel x Längserstreckungsrichtung y Quererstreckungsrichtung z Hocherstreckungsrichtung