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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/165903
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat exchanger (1) for an internal combustion engine, comprising a base tube (2), in which tubes (3) carrying a first fluid are arranged, the ends of said tubes being held in tube sheets (4), and a flange (5) which extends at least partially around the base tube (2). The invention is characterized in that the flange (5) is a forged piece. In this way, the flange (5) is particularly lightweight and does not require secondary finishing.

Inventors:
SIEGEL ALBRECHT (DE)
HUND SIMON (DE)
CHRISTIAN FABER (DE)
Application Number:
EP2015/059209
Publication Date:
November 05, 2015
Filing Date:
April 28, 2015
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE INT GMBH (DE)
International Classes:
F02M25/07; F28D7/16; F28F9/00
Foreign References:
US20140000848A12014-01-02
US1657028A1928-01-24
US20120186780A12012-07-26
Attorney, Agent or Firm:
BRP RENAUD UND PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Wärmeübertrager (1 ) für eine Brennkraftmaschine mit einem Grundrohr (2) und mit einem zumindest teilweise um das Grundrohr (2) verlaufenden Flansch (5),

dadurch gekennzeichnet, dass

der Flansch (5) als Schmiedeteil ausgebildet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Wärmeübertrager (1 ) als Abgaswärmetauscher ausgebildet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Flansch (5) mit dem Grundrohr (2) verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt ist.

4. Wärmetauscher einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Flansch (5) als geschlossener Ring ausgebildet ist.

5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Flansch (5) einen V-förmigen Querschnitt aufweist.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Flansch (5) zumindest einen Anlageabschnitt (6) aufweist, mit welchem er flächig am Grundrohr (2) anliegt.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Grundrohr (2) zwei Anschlussstutzen (7) aufweist, über welche ein zweites Fluid in einen durch die Rohre (3) und das Grundrohr (2) begrenzten Zwischenraum (9) leitbar ist.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Flansch (5) ein Gewinde (8) aufweist.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Wandstärke t des Flansches (5) zwischen 2 mm < t < 3,0 mm liegt.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Wandstärke t des Flansches (5) 2,3 mm beträgt.

1 1 . Kraftfahrzeug (10) mit wenigstens einem Wärmetauscher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

*****

Description:
Wärmeübertrager

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für eine Brennkraftmaschine mit einem Grundrohr und einem zumindest teilweise um das Grundrohr verlaufenden Flansch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem derartigen Wärmeübertrager ausgestattetes Kraftfahrzeug.

Aus der DE 2012 21 1 31 1 A1 ist ein gattungsgemäßer Wärmeübertrager für eine Brennkraftmaschine mit einem Grundrohr, in welchem ein erstes Fluid führende Rohre angeordnet sind, die endseitig in Rohrböden gefangen sind, und mit einem zumindest teilweise um das Grundrohr verlaufenden Flansch bekannt. Die in dem Grundrohr verlaufenden Rohre bilden dabei einen ersten Strömungskanal, beispielsweise für Abgas, wogegen zwischen den Rohren und dem Grundrohr ein zweiter Strömungskanal, beispielsweise für Kühlmittel, gebildet ist. An zumindest einem seiner Endbereiche weist der Wärmeübertrager einen zumindest teilweise um das Grundrohr umlaufenden ersten Flansch auf, der einstückig mit dem Wärmetauscher ausgebildet ist. Durch die einteilige Ausbildung des Flansches mit dem Grundrohr des Wärmeübertragers soll insbesondere ein zusätzlicher Montageschritt entfallen können.

Aus der DE 10 2010 025 031 A1 ist ein Wärmeübertrager für einen Verbrennungsmotor mit ebenfalls einem Grundrohr mit einem umlaufenden Ring und end- seitigen Rohrböden bekannt, wobei die Rohrböden mit dem Grundrohr verbunden sind. Im Bereich der Rohrböden ist dabei jeweils eine Endkappe angeordnet, von denen eine eine umlaufend nach außen gerichtete Umbordelung aufweist, welche durch ein lösbares Spannelement umgriffen und mit dem Ring verbunden ist. Zwischen der Umbordelung und dem Ring ist darüber hinaus ein umlaufendes Dichtelement angeordnet. Der Ring ist dabei aus Blech gefertigt und weist in seinem Querschnitt V-förmig zueinander ausgerichtete Schenkel auf, die über einen Steg mit dem Grundrohr des Wärmeübertragers verbunden sind.

Wärmeübertrager dienen beispielsweise der Wärmerückgewinnung oder der Kühlung des für die Rückführung bestimmten Abgasanteils eines Verbrennungsmotors. Durch die Rückführung zur Verbrennungsluft verringert sich insbesondere beim Einsatz von mageren Gemischen in Kombination mit hohen Verbrennungstemperaturen der Anteil an umweltschädlichen Stickoxiden im Abgas. Üblicherweise sieht ein derartiger Wärmetauscher ein Grundrohr vor, welches jeweils end- seitig mit einem Rohrboden verbunden ist. Die das Abgas führenden Rohre sind dabei innerhalb des Grundrohres zu einem Rohrbündel zusammengefasst und erstrecken sich zwischen gegenüberliegenden Rohrböden bzw. sind von diesen gefangen. Das mit den Rohrböden verbundene Grundrohr bildet somit eine von Kühl- fluid durchströmbare Kammer, welche über das Rohrbündel von dem Abgas passiert wird.

Um den Wärmeübertrager und insbesondere den Abgaswärmetauscher an vor- oder nachgeschaltete Elemente anbinden zu können, ist üblicherweise ein

Flansch vorgesehen, der direkt durch den Einsatz von Spritzguss- oder Druckgussverfahren an den betroffenen Bauteilen erzeugt oder falls der Einsatz solcher Verfahren nicht möglich ist durch eine Montage daran angebracht wird. Üblicherweise ist dabei der Flansch als Gussteil ausgebildet.

Nachteilig am Stand der Technik ist insbesondere, dass der Flansch ein zusätzliches Bauteil darstellt, durch welches Teilekosten entstehen und welches nicht nur zusätzlich mit dem Grundrohr des Wärmeübertragers verbunden werden muss, sondern zuvor noch aufwändig mechanisch nachbearbeitet werden muss. Als weiterer Nachteil erweist sich indes, dass ein derartiger als Gussteil ausgebildeter Flansch vergleichsweise schwer ist, was insbesondere bei der Verwendung in ei- nem Kraftfahrzeug den Kraftstoffverbrauch erhöht und hohe Material kosten verursacht.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welcher insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Wärmeübertrager für eine Brennkraftmaschine einen zumindest teilweise um ein Grundrohr des Wärmeübertragers verlaufenden Flansch erstmals als Schmiedeteil auszubilden, insbesondere sogar als vergleichsweise dünnes Schmiedeteil, wodurch im Vergleich zu einem Gussteil nicht nur ein Gewichtsvorteil realisierbar ist, sondern zudem auch eine aufwändige und damit teure mechanische Nachbearbeitung entfallen kann. Derartige Schmiedeteile lassen sich somit kostengünstig, gewichtsoptimiert und trotzdem hochqualitativ herstellen. Vorzugsweise ist dabei der Wärmeübertrager als Abgaswärmetauscher ausgebildet, wobei der Flansch zur Anbindung weiterer Bauteile dient.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Flansch mit dem Grundrohr verschweißt, verlötet, verpresst oder verklebt. Da bei einem als Abgaswärmetauscher ausgebildeten Wärmeübertrager das vergleichsweise heiße Abgas in einem in dem Grundrohr verlaufenden Rohrbündel geführt wird, fließt durch eine von dem Grundrohr und dem Rohrbündel gebildete Kammer lediglich Kühlmedium, so dass eine Anbindung des außen am Grundrohr anliegenden Flansches mittels einer Verklebung theoretisch möglich ist. Ebenfalls mög- lieh ist ein Verlöten bzw. Verschweißen oder aber auch ein Verpressen, wobei dies voraussetzt, dass der Flansch als Ring ausgebildet ist und vollständig um das Grundrohr des Wärmeübertragers verläuft.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Flansch einen V-förmigen Querschnitt auf und/oder besitzt zumindest einen Anlageabschnitt, mit welchem er flächig am Grundrohr anliegt. Durch die Ausbildung des Flansches mit einem V-förmigen Querschnitt wird eine Befestigungskontur geschaffen, über welche beispielsweise ein Spannring gezogen werden kann. Zwischen dem Spannring und dem Flansch wird dabei das weitere am Wärmeübertrager zu befestigende Bauteil eingeklemmt. Durch den zumindest einen Anlageabschnitt ist eine größere Kontaktfläche zwischen dem Flansch und dem Wärmeübertrager gegeben, was insbesondere bei einem Spaltlöten von Vorteil ist. Auch bei einem Verkleben des Flansches mit dem Grundrohr kann dadurch eine größere Klebefläche bereitgestellt werden.

Zweckmäßig weist der Flansch ein Gewinde auf. Ein derartiges Gewinde, das heißt ein Außengewinde, kann beim Schmiedevorgang mit hergestellt werden, so dass auch das Gewinde selbst vorzugsweise keine aufwändige mechanische Nachbearbeitung erfordert. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das Gewinde erst nach dem eigentlichen Schmiedevorgang in den Flansch eingeschnitten wird. Über ein derartiges Gewinde lässt sich das andere mit dem Wärmeübertrager zu verbindende Bauteil, sofern dieses ein komplementär dazu ausgebildetes Gewinde aufweist, einfach verschrauben.

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 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager.

Entsprechend den Fig. 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 , welcher beispielsweise als Abgaswärmetauscher ausgebildet sein kann, ein Grundrohr 2 auf, in welchem ein erstes Fluid führende Rohre 3 (vgl. Fig. 2) in der Art eines Rohrbündels angeordnet sind. Dieses Rohrbündel ist endseitig in gegenüberliegenden Rohrböden 4 gefangen. Gemäß der Fig. 2 sind dabei die Rohre 3 und die Rohrböden 4 lediglich teilweise skizziert. Zumindest teilweise um das Grundrohr 2 umlaufend, hier sogar vollständig umlaufend, ist ein Flansch 5 angeordnet, der erfindungsgemäß als Schmiedeteil ausgebildet ist. Die Ausbildung des Flansches 5 als Schmiedeteil bietet den großen Vorteil, dass eine aufwändige mechanische Nachbearbeitung, wie dies bei der bisherigen Ausbildung des Flansches 5 als Gussteil erforderlich war, nun nicht mehr erforderlich ist. Darüber hinaus ist ein derartiger als Schmiedeteil ausgebildeter Flansch 5 auch deutlich leichter als ein als Gussteil ausgebildeter Flansch, wodurch Gewichtsvorteile realisier- bar sind, die insbesondere bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 in einem Kraftfahrzeug Vorteile hinsichtlich eines Kraftstoffverbrauchs und einer Abgasemission bringen.

Betrachtet man insbesondere die Fig. 2, so kann man erkennen, dass der Flansch 5 einen V-förmigen Querschnitt aufweist und zudem einen Anlageabschnitt 6 besitzt, mit welchem er flächig am Grundrohr 2 anliegt. Über diesen Anlageabschnitt bzw. generell kann der Flansch 5 mit dem Grundrohr 2 verschweißt, verlötet, ver- presst oder verklebt sein.

Zusätzlich besitzt das Grundrohr 2 zwei Anschlussstutzen 7 über welche ein zweites Fluid in den aus den zwischen den Rohren 3 und dem Grundrohr 2 verbleibenden Zwischenraum 9 leitbar ist.

Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Flansch 5 ein Gewinde 8 aufweist, über welche beispielsweise ein weiteres Bauteil mit dem Flansch 5 verschraubbar ist. Das Gewinde 8 kann dabei ebenfalls geschmiedet oder aber nachträglich in den Flansch 5 eingedreht werden.

Vorteilhafter Weise liegt eine Wandstärke t des Flansches 5 zwischen 2 mm < t < 3,0 mm, insbesondere bei t = 2,3 mm. Insbesondere bei einem Flansch 5 mit einem Flanschdurchmesser dF von 1 12 mm sind die genannten Wandstärken t besonders vorteilhaft. Hierdurch kann der Flansch 5 mit deutlich geringerer Wandstärke ausgebildet werden, als dies bei einem Flansch aus Gussmaterial möglich wäre. Durch die geringere Wandstärke t kann auch das Gewicht reduziert werden.

Vor allem ist jedoch keine mechanische Nachbearbeitung erforderlich, wodurch ebenfalls Kosten eingespart werden können. Durch fehlende Verunreinigungen (Schlacke, Einschlüsse), wie diese bei Gussbauteilen stets in Kauf genommen werden müssen, sowie durch eine homogenere Verteilung der Legierungsbe- standteile, können bei geschmiedeten Flanschen 5 verbesserte mechanische Eigenschaften erreicht werden. Durch die im Vergleich zu Gussbauteilen homogenere Mikrostruktur (kleinkörnig bei Schmiedebauteilen und grobkörnig bei Gussbauteilen), besitzen Schmiedeteile auch verbesserte Korrosionseigenschaften sowie eine erhöhte Dauerschwingfestigkeit. Auch die Ermüdungseigenschaften können bei als Schmiedeteilen ausgebildeten Flanschen 5 in vorteilhafter Weise beein- flusst werden, da die Körner im Gefüge des Flansches 5 nach dem Schmieden ausgerichtet sind. Bei Gussbauteilen hingegen, orientiert sich das Kornwachstum nach dem Erstarren bevorzugt in Querrichtung, da die Erstarrung an der Oberfläche beginnt und sich nach innen durch Wachsen von groben säulenartigen Körnern fortsetzt, was unter Ermüdungsgesichtspunkten besonders unvorteilhaft ist.

Durch die Ausführung des Flansches 5 als Schmiedeteil kann die mechanische Bearbeitung, welche bei einem als Gussteil ausgebildeten Flansch erforderlich ist, entfallen und dadurch Kosten eingespart werden. Des Weiteren können dünnere Wandstärken realisiert werden. Durch den reduzierten Materialeinsatz können darüber hinaus Gewicht und Kosten eingespart werden.