WÄRMETAUSCHER

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum mediengetrennten Kühlen eines Arbeitsmediums mittels eines Kühlmediums, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

[0002] Derartige Wärmetauscher, die auch als Wärmeübertrager bezeichnet werden können, kommen beispielsweise bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um ein Arbeitsmedium des Fahrzeugs, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, zu kühlen. Dabei können vergleichsweise hohe Temperaturen auf der Seite des zu kühlenden Arbeitsmediums auftreten, beispielsweise bei einem Ladeluftkühler oder bei einem Abgasrückführkühler oder bei einem Abgaskühler. Dabei ist klar, dass das Kühlen des Arbeitsmediums mit einer Erwärmung des Kühlmediums einhergeht, so dass der jeweilige Wärmetauscher auch zum mediengetrennten Erwärmen des Kühlmediums, das dann einem Arbeitsmedium entspricht, mittels des Arbeitsmediums, das dann einem Heizmedium entspricht, verwendet werden kann.

[0003] Ein gattungsgemäßer Wärmetauscher ist beispielsweise aus der WO 2014/006213 A1 bekannt. Er besitzt ein Gehäuse, das einen Gehäusemantel, einen Arbeitsmediumeinlass, einen Arbeitsmediumauslass, einen Kühlmediumeinlass und einen Kühlmediumauslass aufweist. Somit können dem Gehäuse das Arbeitsmedium und das Kühlmedium zugeführt und davon abgeführt werden. Ferner besitzt der Wärmetauscher einen Wärmetauscherblock, der in das Gehäuse eingesetzt ist und der einen dem Arbeitsmediumeinlass zugewandten vorderen Boden und einen vom Arbeitsmediumeinlass abgewandten hinteren Boden sowie mehrere Arbeitsmediumrohre zum Führen des Arbeitsmediums aufweist. Die Arbeitsmediumrohre durchsetzen dabei die beiden Böden und sind außerdem fest und dicht mit den beiden Böden verbunden, um den Wärmetauscherblock zu bilden. Im Wärmetauscher führt ein Arbeitsmediumpfad vom Arbeitsmediumeinlass innen durch die Arbeitsmediumrohre zum Arbeitsmediumauslass. Ferner führt ein Kühlmittelpfad vom Kühlmitteleinlass außen um die Arbeitsmediumrohre herum zum Kühlmittelauslass. Über die Wandungen der Arbeitsmediumrohre erfolgt die Wärmeübertragung zwischen dem innen strömenden Arbeitsmedium und dem außen strömenden Kühlmedium. Beim bekannten Wärmetauscher besitzt der jeweilige Boden einen radial über die Arbeitsmediumrohre überstehenden, umlaufenden Rand, der jeweils über eine axial wirkende Ringdichtung an einer entlang des jeweiligen Rands umlaufenden Stufe des Gehäuses axial abgestützt ist. Ferner ist beim bekannten Wärmetauscher der Mantel aus zwei Halbschalen gebildet, die axial zwischen den beiden Böden des Wärmetauscherblocks angeordnet und aneinander angesetzt sind. An diesen Mantel sind an die axialen Stirnseiten ein den Arbeitsmediumeinlass aufweisendes Einlassgehäuseteil bzw. ein den Arbeitsmediumauslass aufweisendes Auslassgehäuseteil angeschlossen, wobei in den jeweiligen Anschlussbereich der Rand des jeweiligen Bodens mit der zugehörigen Ringdichtung eingebunden ist. Dementsprechend ist die mit der jeweiligen Ringdichtung zusammenwirkende gehäuseseitige Stufe am Einlassgehäuseteil bzw. am Auslassgehäuseteil ausgebildet. Der bekannte Wärmetauscher besitzt somit ein Gehäuse, dass wenigstens vier separate Bauteile aufweist, die zusammengebaut werden müssen. Somit ist der Aufwand zur Realisierung des bekannten Wärmetauschers vergleichsweise groß.

[0004] Aus der DE 10 2013 221 932 A1 ist ein anderer Wärmetauscher bekannt, bei dem der Mantel einteilig ausgeführt ist, so dass der Wärmetauscherblock axial in den Mantel einsetzbar ist. Ferner ist bei diesem Wärmetauscher vorgesehen, in einen Einlassbereich des Mantels sowie in einen Auslassbereich des Mantels jeweils eine metallische Wand einzusetzen, um die thermische Belastung des aus Kunststoff hergestellten Mantels zu reduzieren.

[0005] Bei den beiden vorstehend genannten Wärmetauschern ist es möglich, den Wärmetauscherblock außerhalb des Gehäuses herzustellen, um anschließend den fertigen Wärmetauscherblock mit dem Gehäuse zu vereinen. Die Herstellung des Wärmetauscherblocks außerhalb des Gehäuses ist von besonderem Vorteil, da die Herstellung des Wärmetauscherblocks häufig mit einer hohen thermischen Belastung einhergeht, die beispielsweise in einem Kunststoffmantel des Gehäuses nicht realisierbar ist, und/oder eine gute Zugänglichkeit erfordert, die innerhalb des Gehäuses nicht gegeben ist. Beispielsweise müssen die Arbeitsmediumrohre durch die Böden dicht hindurchgeführt werden, so dass dort Lötverbindungen oder Schweißverbindungen zum Einsatz kommen. Je nach Einsatzzweck des Wärmetauschers können dabei auch für das Löten sehr hohe Temperaturen erforderlich sein, beispielsweise beim Hartlöten.

[0006] Aus der DE 10 2006 051 000 A1 ist ein anderer Wärmetauscher bekannt, bei dem der Wärmetauscherblock innerhalb des Mantels des Gehäuses fertiggestellt wird. Dabei muss beim Verschweißen oder Verlöten der Arbeitsmediumrohre mit dem jeweiligen Boden eine Kühlung des Mantels im Bereich des jeweiligen Bodens durchgeführt werden, um eine Beschädigung des Mantels zu verhindern. Mit anderen Worten, die Fertigung des Wärmetauscherblocks innerhalb des Gehäuses ist mit einem erhöhten Aufwand verbunden.

[0007] Um einen Wärmetauscher möglichst preiswert herstellen zu können, ist die Verwendung preiswerter Werkstoffe, wie zum Beispiel Kunststoffe und Leichtmetalllegierungen, erforderlich. Diese preiswerten Werkstoffe lassen sich jedoch nicht bei allen in Frage kommenden Temperaturbereichen einsetzen. Ferner besitzen Kunststoffe einen deutlich geringeren Wärmeleitkoeffizienten als Metalle. Im Unterschied dazu besitzen Eisenlegierungen, vorzugsweise Stahl, insbesondere Edelstahl, eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit, sind dann jedoch vergleichsweise teuer. Allerdings ist insbesondere bei Fahrzeuganwendungen ein möglichst geringes Gewicht für den Wärmetauscher anzustreben.

[0008] Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Verwendung von axial wirkenden Ringdichtungen zwischen dem Rand des jeweiligen Bodens des Wärmetauscherblocks und der jeweiligen Stufe des Gehäuses problematisch ist, da sich Wärmetauscherblock und Gehäuse während des Betriebs des Wärmeübertragers aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen und der gegebenenfalls unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten unterschiedlich ausdehnen. Dabei können sich Wärmetauscherblock und Gehäuse relativ zueinander im Bereich des jeweiligen Bodens axial so weit zueinander verstellen, dass die jeweilige Ringdichtung ihre Dichtfunktion nicht mehr erfüllen kann.

[0009] Aus der DE 10 2014 204 272 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der durch eine Gehäuseöffnung seitlich in das Gehäuse eingesetzt ist, wobei die Gehäuseöffnung von einem axial abstehenden Vorsprung eingefasst ist, an dem radial außen Rastnasen ausgebildet sind. Der vordere Boden des Wärmetauschers steht radial über die Arbeitsmediumrohr über und bildet einen umlaufenden Kragen, der zu den Rastnasen passende Rastöffnungen aufweist, den Vorsprung umgreift und mit den Rastnasen verrastet, um den Wärmetauscher am Gehäuse zu fixieren. Ferner ist axial zwischen dem Vorsprung und dem Kragen eine umlaufende Dichtung angeordnet.

[0010] Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich einerseits durch eine preiswerte Herstellbarkeit und andererseits durch eine erhöhte Funktionssicherheit im Bereich der Ringdichtung auszeichnet.

[0011] Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0012] Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Wärmetauscherblock im Gehäuse zu verrasten, derart, dass im Bereich der Ringdichtung ein axialer Kontakt und vorzugsweise eine axiale Vorspannung dauerhaft gewährleistet werden kann. Im Einzelnen schlägt die Erfindung vor, eine derartige Verrastung zwischen Gehäuse und Wärmetauscherblock im Bereich des hinteren Bodens zu realisieren, um die dort vorgesehene erste Ringdichtung axial vorzuspannen, derart, dass die erste Ringdichtung sowohl am Rand des hinteren Bodens als auch an der zugehörigen, am Gehäuse ausgebildeten Stufe axial vorgespannt anliegt. Somit ist die Dichtfunktion der ersten Ringdichtung bei allen zu erwartenden Temperaturen und Betriebssituationen gewährleistet.

[0013] Zweckmäßig weist das Gehäuse im Bereich der Stufe hierzu wenigstens eine Rastkontur auf, die an einer von der ersten Ringdichtung abgewandten Rückseite des Rands des hinteren Bodens mit einer Gegenrastkontur des Rands zusammenwirkt. Die jeweilige Rastkontur bewirkt dabei eine axiale Positionierung des Rands am Gehäuse. Diese axiale Positionierung bewirkt einerseits eine axiale Fixierung des Rands am Gehäuse, die den Rand an einer von der Stufe weg gerichteten Axialbewegung hindert. Andererseits definiert diese axiale Positionierung für den Rand eine Axialposition relativ zum Gehäuse, in der die erste Ringdichtung am Rand und an der Stufe axial vorgespannt anliegt.

[0014] Zweckmäßig sind mehrere Rastkonturen vorgesehen, die in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und die entlang des Rands verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise wird die axiale Fixierung bzw. axiale Positionierung des Rands des hinteren Bodens am Gehäuse verbessert.

[0015] Bei einer anderen Ausführungsform kann die jeweilige Rastkontur unmittelbar mit der Rückseite des Rands zusammenwirken, wobei dann die Rückseite des Rands selbst die Gegenrastkontur gemeinsam für alle Rastkonturen bildet. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des hinteren Bodens. Insbesondere umgreift die jeweilige Rastkontur dabei eine radial außen liegende Außenkante des Rands.

[0016] Zweckmäßig kann die jeweilige Rastkontur an einer dem Arbeitsmediumeinlass zugewandten Seite eine Rampe aufweisen. Die Rampe erleichtert beim axialen Einsetzen des Wärmetauscherblocks das Überfahren der jeweiligen Rastkontur durch den Rand des hinteren Bodens, der beim Einsetzen des Wärmetauscherblocks in das Gehäuse vorangeht. Nach dem Überfahren der Rampe hintergreift eine im Wesentlichen radial orientierte, an die Rampe anschließende Rastnase der Rastkontur die jeweilige Gegenrastkontur und sichert so den Rand gegen ein axiales Herausziehen aus dem Gehäuse entgegen der Einsetzrichtung.

[0017] Bei einer weiteren Ausführungsform kann sich der Rand mit einer der ersten Ringdichtung zugewandten Vorderseite unmittelbar an der Stufe axial abstützen. Somit liegt der Rand in der Einsetzrichtung an der Stufe und in der Auszugsrichtung an der jeweiligen Rastkontur an. Hierdurch wird eine besonders effiziente axiale Positionierung des Wärmetauscherblocks innerhalb des Gehäuses erzielt.

[0018] Die erste Ringdichtung kann beispielsweise als Kunststoffdichtung ausgestaltet sein. Kunststoffdichtungen zeichnen sich durch eine besonders hohe Dichtigkeit aus. Die beiden Böden des Wärmetauscherblocks begrenzen den Kühlmediumpfad axial, so dass die Rückseite des Rands unmittelbar dem Kühlmedium ausgesetzt und dementsprechend gekühlt ist. Die erste Ringdichtung wirkt somit mit einem aktiv gekühlten Rand zusammen, wodurch die thermische Belastung der Ringdichtung reduziert ist.

[0019] Sofern die erste Ringdichtung als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist, kann die Stufe zweckmäßig eine Aufnahmenut aufweisen, in welche die erste Ringdichtung axial eingesetzt ist. Auf diese Weise kann die axiale Verpressung der ersten Ringdichtung auf ein zulässiges bzw. vorbestimmtes Maß begrenzt werden. Ferner wird mit Hilfe der Aufnahmenut eine effiziente radiale Fixierung bzw. Positionierung für die erste Ringdichtung ermöglicht.

[0020] Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich der Rand ausschließlich über die erste Ringdichtung an der Stufe axial abstützt. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders einfache Geometrie im Bereich der Stufe aus, was die Herstellung vereinfacht.

[0021] Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die erste Ringdichtung als scheibenförmige Metallsickendichtung ausgestaltet ist. Derartige Metallsickendichtungen sind zwar nicht so dicht wie Kunststoffdichtungen, besitzen jedoch eine deutlich höhere thermische Beständigkeit.

[0022] Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Arbeitsmediumeinlass integral an einem Anschlussflansch ausgebildet sein, der bezüglich des Mantels ein separates Bauteil ist und der am Mantel mittels einer Befestigung befestigt ist. Beim Anschlussflansch kann es sich um ein einstückiges, integral hergestelltes Gussteil handeln. Hierdurch ist es möglich, den Anschlussflansch und den Mantel aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Beispielsweise kann der Mantel ein Kunststoffteil sein, während der Anschlussflansch ein Metallteil ist. Der vordere Boden weist ebenfalls einen radial über die Arbeitsmediumrohre überstehenden, umlaufenden Rand auf, der axial zwischen einer axialen Mantelstirnseite des Mantels und einer axialen Flanschstirnseite des Anschlussflansches angeordnet ist, so dass er mit der mittels der Befestigung erzielten Fixierung des Anschlussflansches am Mantel seinerseits am Gehäuse fixiert ist. Zweckmäßig erstreckt sich der Rand des vorderen Bodens radial bis in die Befestigung hinein, so dass er in diese Befestigung eingebunden ist. Auf diese Weise ist der Wärmetauscherblock im Bereich des vorderen Bodens durch die Befestigung zwischen Anschlussflansch und Mantel am Gehäuse axial fixiert. Im Bereich des hinteren Bodens ist der Wärmetauscherblock durch die Verrastung am Gehäuse axial fixiert.

[0023] Zweckmäßig sind der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass sowie die jeweilige Rastkontur und die Stufe integral am Mantel ausgeformt. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des Gehäuses. Ferner kann der Mantel einteilig bzw. einstückig hergestellt sein, insbesondere als integrales Gussteil.

[0024] Bei einer anderen Ausführungsform kann der Wärmetauscher in U-Strom-Bauweise ausgestaltet sein. In diesem Fall ist auch der Arbeitsmediumauslass integral am Anschlussflansch ausgeformt, während im Gehäuse eine Umlenkkammer vorgesehen ist. Der Arbeitsmediumpfad führt nun durch wenigstens eines der Arbeitsmediumrohre vom Arbeitsmediumeinlass zur Umlenkkammer und durch wenigstens ein anderes der Arbeitsmediumrohre von der Umlenkkammer zum Arbeitsmediumauslass. Ferner ist das Gehäuse im Bereich der Umlenkkammer durch einen Gehäuseboden verschlossen, der zweckmäßig integral am Mantel ausgeformt ist. Hierdurch erhält das Gehäuse einen besonders preiswert herstellbaren Aufbau, da es letztlich nur den Anschlussflansch mit Arbeitsmediumeinlass und Arbeitsmediumauslass sowie den Mantel mit Gehäuseboden, Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass umfasst. Die Umlenkkammer kann direkt durch den Mantel und den Gehäuseboden begrenzt sein oder durch einen Metallkörper begrenzt sein, der in das Gehäuse eingesetzt ist. Ein derartiger Metallkörper kann vor allem dann zum Einsatz kommen, wenn das Gehäuse im Bereich des Mantels und Gehäuseboden aus Kunststoff hergestellt ist und die erwarteten Temperaturen in der Umlenkkammer noch relativ hoch sind.

[0025] Besonders vorteilhaft ist jedoch eine alternative Ausführungsform, bei der der Wärmetauscher in I-Strom-Bauweise ausgestaltet ist. In diesem Fall ist der Arbeitsmediumauslass dem Arbeitsmediumeinlass axial gegenüberliegend angeordnet und kann ferner zweckmäßig integral am Mantel ausgeformt sein. Auch bei dieser Bauweise umfasst das Gehäuse in einer vorteilhaften Ausführungsform nur zwei Bestandteile, nämlich den Mantel mit Arbeitsmediumauslass, Kühlmitteleinlass, Kühlmittelauslass und den Anschlussflansch mit Arbeitsmediumeinlass. Bemerkenswert ist, dass der hier vorgestellte Wärmetauscher sowohl bei der U-Strom-Bauweise als auch bei der I-Strom-Bauweise eine Herstellung des Wärmetauscherblocks außerhalb des Gehäuses ermöglicht, was die Herstellung des Wärmetauscherblocks erheblich vereinfacht. Der fertiggestellte Wärmetauscherblock kann dann in das Gehäuse eingesetzt werden, indem er bei fehlendem Anschlussflansch an der Mantelstirnseite in den Mantel axial eingeführt wird. Dabei wird der Wärmetauscherblock so weit in den Mantel eingeführt bis der beim Einführen vorangehende hintere Boden randseitig mit der jeweiligen Rastkontur verrastet. Anschließend kann der Anschlussflansch am Mantel befestigt werden, wodurch der Wärmetauscherblock auch im Bereich des vorderen Bodens randseitig fixiert wird.

[0026] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann axial zwischen dem Rand des vorderen Bodens und der Mantelstirnseite eine axial wirkende zweite Ringdichtung vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann axial zwischen dem Rand des vorderen Bodens und der Flanschstirnseite eine axial wirkende dritte Ringdichtung vorgesehen sein. Dabei können die zweite Ringdichtung und die dritte Ringdichtung wahlweise als Kunststoffdichtung oder als Metallsickendichtung ausgestaltet sein. Insbesondere ist es somit möglich, die zweite Ringdichtung und die dritte Ringdichtung jeweils als Kunststoffdichtung auszuführen. Ebenso können die zweite Ringdichtung und die dritte Ringdichtung jeweils als Metallsickendichtung ausgeführt sein. Ebenso ist denkbar, die zweite Ringdichtung als Kunststoffdichtung auszuführen, während die dritte Ringdichtung als Metallsickendichtung ausgeführt ist. Schließlich ist es ebenso möglich, die zweite Ringdichtung als Metallsickendichtung auszuführen, während die dritte Ringdichtung als Kunststoffdichtung ausgeführt ist.

[0027] Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmetauscherblock aus einer Eisenlegierung hergestellt ist, während der Mantel aus einem Kunststoff oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt ist. Da sich bei dem hier vorgestellten Wärmetauscher der Wärmetauscherblock außerhalb des Gehäuses fertigstellen lässt, lassen sich die beiden Böden und die Arbeitsmediumrohre bei optimaler Zugänglichkeit auch mit hohen Temperaturen fügen, beispielsweise um die Arbeitsmediumrohre mit den Böden zu verlöten oder zu verschweißen. Der Mantel kann als preiswertes Gussteil aus Kunststoff oder Leichtmetalllegierung hergestellt werden und dabei je nach Integrationsgrad und je nach Bauform mit dem Kühlmitteleinlass, mit dem Kühlmittelauslass, der Stufe und der jeweiligen Rastkontur integral ausformen. Sofern der vorstehend genannte Anschlussflansch vorgesehen ist, kann dieser ebenfalls aus einer Eisenlegierung oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein je nach der zu erwartenden thermischen Belastung durch das zu kühlende heiße Arbeitsmedium. Bei einem Abgaskühler ist der Anschlussflansch vorzugsweise aus einer Eisenlegierung hergestellt.

[0028] Bei einer anderen Ausführungsform kann der Rand des hinteren Bodens bei Umgebungstemperatur radial innen von der Stufe axial abheben und bei Betriebstemperatur radial innen an der Stufe axial anliegen. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung des Bodens im Bereich des Rands realisiert werden. Beispielsweise kann der Rand des hinteren Bodens gegenüber einer senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Ebene nach hinten, also vom vorderen Boden weggerichtet, geneigt sein. Während des Betriebs des Wärmetauschers dehnt sich der Wärmetauscherblock axial stärker aus als das Gehäuse, wodurch die vorstehend genannte Neigung des Rands immer geringer wird bis der Rand bei Betriebstemperatur auch radial innen an der Stufe axial zur Anlage kommt.

[0029] Ebenso ist eine Ausführungsform denkbar, bei welcher der Rand des hinteren Bodens radial innen einen Axialabstand von der Stufe aufweist, der bei Umgebungstemperatur größer ist als bei Betriebstemperatur. Das bedeutet, dass der besagte Axialabstand mit zunehmender Temperatur abnimmt und im Extremfall den Wert Null annehmen kann, jedoch nicht muss. Somit kann es bei hohen Temperaturen, insbesondere im oberen Bereich der möglichen Betriebstemperaturen, radial innen zu einem axialen Kontakt zwischen dem Rand und der Stufe kommen, während bei niedrigeren Temperaturen, die noch im Betriebstemperaturbereich liegen können, ein solcher Axialkontakt unterbleibt. Auch dies kann durch eine entsprechende Formgebung des hinteren Bodens im Bereich des Rands realisiert werden.

[0030] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

[0031] 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.

[0032] 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 Komponenten beziehen.

[0033] Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1

eine isometrische Ansicht eines Wärmetauschers,

Fig. 2

einen Axialschnitt des Wärmetauschers,

Fig. 3

ein vergrößertes Detail III aus Fig. 2,

Fig. 4 - 5

jeweils eine Detailansicht wie in Fig. 3, jedoch bei anderen Ausführungsformen,

Fig. 6

ein vergrößertes Detail VI aus Fig. 2,

Fig. 7 - 9

jeweils eine Detailansicht wie in Fig. 6, jedoch bei anderen Ausführungsformen,

Fig. 10

eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines Wärmetauschers in I-Strom-Bauweise,

Fig. 11

eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines Wärmetauschers in U-Strom-Bauweise.

[0034] Entsprechend den Figuren 1 und 2 umfasst ein Wärmetauscher 1 ein Gehäuse 2 und einen Wärmetauscherblock 3, der sich im Inneren des Gehäuses 2 befindet und daher in Fig. 1 nicht sichtbar ist. Das Gehäuse 2 weist einen Gehäusemantel 4, einen Arbeitsmediumeinlass 5, einen Arbeitsmediumauslass 6, einen Kühlmediumeinlass 7 und einen Kühlmediumauslass 8 auf. Der Wärmetauscherblock 3 weist einen dem Arbeitsmediumeinlass 5 zugewandten vorderen Boden 9 und einen vom Arbeitsmediumeinlass 5 abgewandten hinteren Boden 10 auf. Ferner weist der Wärmetauscherblock 3 mehrere Arbeitsmediumrohre 11 zum Führen eines Arbeitsmediums 12 auf, wobei die Arbeitsmediumrohre 11 durch die beiden Böden 9, 10 axial hindurchführen und fest sowie dicht mit den beiden Böden 9, 10 verbunden sind.

[0035] Bei dem hier vorgestellten Beispiel umfasst der Arbeitsmediumeinlass 5 einen zugehörigen Einlassstutzen und weist einen Befestigungsflansch auf, der zum Anschließen des Wärmeübertragers 1 an eine das Arbeitsmedium führende Arbeitsmediumleitung dient, wie z.B. eine Ladeluftleitung, eine Abgasrückführleitung oder eine Abgasleitung. Auch der Arbeitsmediumauslass 6 weist hier einen zugehörigen Auslassstutzen sowie einen Befestigungsflansch auf, der zum Anschließen des Wärmetauschers 1 an die Arbeitsmediumleitung dient. Der Kühlmediumeinlass 7 umfasst hier einen zugehörigen Einlassstutzen, der zum Anschließen des Wärmetauschers 1 an einen ein Kühlmittel 13 führenden Kühlkreis dient. Schließlich weist hier auch der Kühlmediumauslass 8 einen zugehörigen Auslassstutzen auf, der zum Anschließen des Wärmetauschers 1 an den Kühlkreis dient.

[0036] Der Wärmetauscher 1 dient zum mediengetrennten Kühlen des Arbeitsmediums 12 mit Hilfe eines Kühlmediums 13. Beim Arbeitsmedium 12, das in den Figuren 1 und 2 durch Pfeile angedeutet ist, kann es sich vorzugsweise um ein Gas handeln, wie zum Beispiel Ladeluft, rückgeführtes Abgas und Abgas. Beim Kühlmedium 13, das in den Figuren 1 und 2 durch Pfeile angedeutet ist, kann es sich um eine Flüssigkeit handeln, wie zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit eines Kühlkreises einer Brennkraftmaschine bzw. eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Für die mediengetrennte und wärmeübertragende Kopplung sind im Wärmetauscher 1 ein durch Pfeile angedeuteter Arbeitsmediumpfad 14 und ein ebenfalls durch Pfeile angedeuteter Kühlmediumpfad 15 ausgebildet. Der Arbeitsmediumpfad 14 führt dabei vom Arbeitsmediumeinlass 5 innen durch die Arbeitsmediumrohre 11 hindurch zum Arbeitsmediumauslass 6. Der Kühlmittelpfad 15 führt vom Kühlmitteleinlass 7 außen um die Arbeitsmediumrohre 11 herum zum Kühlmittelauslass 8. Die Arbeitsmediumrohre 11 sind im gezeigten Beispiel jeweils geradlinig ausgestaltet und parallel zueinander sowie Seite an Seite, also radial nebeneinander angeordnet, wobei radial zwischen benachbarten Arbeitsmediumrohren 11 Zwischenräume 16 ausgebildet sind, die ebenfalls vom Kühlmedium 13 des Kühlmediumpfads 15 durchströmt sind.

[0037] Figur 2 lässt sich weiter entnehmen, dass der Arbeitsmediumeinlass 5 zweckmäßig als Diffusor ausgestaltet ist, um das zugeführte Arbeitsmedium 12 auf die Arbeitsmediumrohre 11 zu verteilen.

[0038] Gemäß den Figuren 2 bis 5 besitzt der hintere Boden 10 einen radial über die Arbeitsmediumrohre 11 überstehenden, umlaufenden Randbereich oder Rand 17. Entlang des Rands 17 besitzt das Gehäuse 2 eine umlaufende Stufe 18. Axial zwischen dem Rand 17 und der Stufe 18 ist nun eine erste Ringdichtung 19 angeordnet, die axial wirkt und somit den Rand 17 gegenüber der Stufe 18 dichtet. Das Gehäuse 2 weist nun im Bereich dieser Stufe 18 zumindest eine, vorzugsweise jedoch mehrere Rastkonturen 20 auf. Die jeweilige Rastkontur 20 wirkt dabei mit einer Gegenrastkontur 21 zusammen, die sich am Rand 17 befindet, wobei sich die Rastkontur 20 an einer von der ersten Ringdichtung 19 abgewandten Rückseite 22 des Rands 17 an der Gegenrastkontur 21 axial abstützt. Allgemein wird mit Hilfe der jeweiligen Rastkontur 20 eine Verrastung 23 zum axialen Fixieren des Rands 17 an der Stufe 18 geschaffen. Die Verrastung 23 hindert den Rand 17 an einer von der Stufe 18 weg gerichteten Axialbewegung. Ferner bewirkt die Verrastung 23 eine Positionierung des Rands 17 relativ zur Stufe 18 in einer Axialposition, in welcher die erste Ringdichtung 19 sowohl an der Stufe 18 als auch an dem Rand 17 axial vorgespannt anliegt. Zusammengefasst bedeutet dies, dass durch die ringförmig umlaufende Stufe 18 eine axiale Positionierung des Wärmetauscherblocks 3 im Gehäuse 2 realisiert wird. Mit Hilfe der Verrastung 23 wird eine axiale Fixierung des Wärmetauscherblocks 3 im Bereich des hinteren Bodens 10 realisiert. Beide Maßnahmen ermöglichen es, den Wärmetauscherblock 3 außerhalb des Gehäuses 2 herstellen zu können.

[0039] Sofern wie hier mehrere Rastkonturen 20 vorgesehen sind, sind diese in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet und entlang des Rands 17 verteilt angeordnet. Die Umfangsrichtung läuft dabei bezüglich einer Längsmittelachse 24 des Gehäuses 2 um, welche die Axialrichtung definiert, die sich parallel zur Längsmittelachse 24 erstreckt.

[0040] Wie sich insbesondere den vergrößerten Ansichten der Figuren 3 bis 5 entnehmen lässt, wirkt die jeweilige Rastkontur 20 bevorzugt unmittelbar mit der Rückseite 22 des Rands 17 zusammen, so dass der Rand 17 selbst die Gegenrastkontur 21 bildet, und zwar im Bereich seiner radial außen liegenden Außenkante. Dementsprechend umgreift die Rastkontur 20 den Rand 17 im Bereich seiner Außenkante.

[0041] In den Figuren 2 bis 5 ist die erste Ringdichtung 19 in üblicher Weise im entspannten Zustand dargestellt, so dass die erste Ringdichtung 19 vermeintlich in den Rand 17 eindringt bzw. den Rand 17 durchsetzt. Es ist klar, dass in der Realität stattdessen die erste Ringdichtung 19 axial am Rand 17 anliegt, wobei eine entsprechende elastische Verformung der ersten Ringdichtung 19 erfolgt.

[0042] Im Beispiel der Figur 3 stützt sich der Rand 17 mit seiner Vorderseite 25, die der ersten Ringdichtung 19 zugewandt ist, unmittelbar an der Stufe 18 axial ab. In diesem Fall ist für die erste Ringdichtung 19 in der Stufe 18 eine Aufnahmenut 26 ausgebildet, in welche die erste Ringdichtung 19 axial eingesetzt ist. Im Beispiel der Figur 3 ist die erste Ringdichtung 19 als Kunststoffdichtung ausgestaltet.

[0043] Im Beispiel der Figur 4 stützt sich der Rand 17 ausschließlich über die erste Ringdichtung 19 an der Stufe 18 axial ab. In diesem Fall ist die erste Ringdichtung 19 als scheibenförmige Metallsickendichtung ausgestaltet. In diesem Fall ist keine Aufnahmenut 26 erforderlich.

[0044] Figur 5 zeigt eine Ausführungsform ähnlich wie in Figur 3, bei der die erste Ringdichtung 19 als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist und in eine Aufnahmenut 26 eingesetzt ist. Ebenso ist jedoch denkbar, auch hier die Variante der Figur 4 anzuwenden, bei der die erste Ringdichtung 19 als Metallsickendichtung ausgestaltet ist und bei der auf die Aufnahmenut 26 verzichtet werden kann. Die Besonderheit der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass der Rand 17 gegenüber einer senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Ebene geneigt ist, so dass er bei Umgebungstemperatur die Stufe 18 nur radial außen berührt, während er radial innen von der Stufe 18 abhebt. Diese Situation ist in Figur 5 mit durchgezogener Linie dargestellt. Gleichzeitig ist mit unterbrochener Linie eine Situation dargestellt, die sich bei Betriebstemperatur einstellt. Bei Betriebstemperatur liegt der Rand 17 nunmehr auch radial innen an der Stufe 18 axial an. Allgemein kann der Rand 17 des hinteren Bodens 10 radial innen einen Axialabstand 27 von der Stufe 18 aufweisen, der bei Umgebungstemperatur größer ist als bei Betriebstemperatur.

[0045] Bemerkenswert ist außerdem, dass der hintere Boden 10 bei den Ausführungsformen der Figuren 2 bis 5 räumlich so geformt ist, dass der mit der Stufe 18 und der ersten Ringdichtung 19 zusammenwirkende Rand 17 axial versetzt ist zu einem vom Rand 17 eingefassten Bereich, der mit den Arbeitsmediumrohren 11 fest verbunden ist. Dieser Versatz erfolgt beim hinteren Boden 10 nach außen, also axial weggerichtet von den Arbeitsmediumrohren 11.

[0046] Entsprechend den Figuren 1 und 2 ist der Arbeitsmediumeinlass 5 integral an einem Anschlussflansch 28 ausgeformt, der bezüglich des Mantels 4 ein separates Bauteil repräsentiert. Im Beispiel ist somit der weiter oben genannte Diffusor im Anschlussflansch 28 ausgebildet. Dieser Anschlussflansch 28 ist mittels einer Befestigung 29 am Mantel 4 befestigt. Die Befestigung 29 ist hier als Flanschverbindung mit mehreren Verschraubungen 30 realisiert. Gemäß den Figuren 2 und 6 bis 9 weist der vordere Boden 9 einen radial über die Arbeitsmediumrohre 11 überstehenden, umlaufenden Rand 31 auf. Dieser Rand 31 ist axial zwischen einer axialen Mantelstirnseite 32 des Mantels 4 und einer axialen Flanschstirnseite 33 angeordnet. Ferner erstreckt sich der Rand 31 radial bis in die Befestigung 29 hinein. Hierdurch ist der Rand 31 des vorderen Bodens 9 in die Befestigung 29 eingebunden, so dass mit Hilfe der Befestigung 29 einerseits der Anschlussflansch 28 am Mantel 4 und andererseits der Wärmetauscherblock 3 am Gehäuse 2 fixiert werden.

[0047] Während der Arbeitsmediumeinlass 5 in den Anschlussflansch 28 integriert ist, sind der Kühlmitteleinlass 7 und der Kühlmittelauslass 8 sowie die Rastkonturen 20 und die Stufe 18 in dem Mantel 4 integriert.

[0048] Im Beispiel der Figuren 1 und 2 ist der Wärmetauscher 1 in I-Strom-Bauweise ausgestaltet, die sich gemäß Figur 10 dadurch charakterisiert, dass der Arbeitsmediumauslass 6 dem Arbeitsmediumeinlass 5 axial gegenüberliegt. Im Unterschied dazu zeigt Figur 11 einen Wärmetauscher 1 in U-Strom-Bauweise, die sich dadurch charakterisiert, dass sich Arbeitsmediumeinlass 5 und Arbeitsmediumauslass 6 an demselben axialen Ende des Gehäuses 2 befinden und dabei einer Umlenkkammer 34 axial gegenüberliegen.

[0049] Im Beispiel der Figuren 1 und 2, bei dem der Wärmetauscher 1 in der I-Strom-Bauweise ausgestaltet ist, ist außerdem vorgesehen, dass der Arbeitsmediumauslass 6 am Mantel 4 integral ausgeformt ist. Dabei geht der Mantel 4 über einen Konvergenzbereich 35 in den Arbeitsmediumauslass 6 über. Im Konvergenzbereich 35 ist eine Sammelkammer 36 ausgebildet, in der die durch die separaten Arbeitsmediumrohre 11 geführten Teilströme des Arbeitsmediums 12 wieder vereint werden und gemeinsam dem Arbeitsmediumauslass 6 zuströmen. Wird dagegen der Wärmetauscher 1 in der U-Strom-Bauweise ausgestaltet, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Arbeitsmediumauslass 6 ebenfalls integral am Anschlussflansch 28 ausgeformt sein. Das Gehäuse 2 enthält dann die Umlenkkammer 34. Der Arbeitsmediumpfad 14 führt durch wenigstens eines der Arbeitsmediumrohre 11 vom Arbeitsmediumeinlass 5 zur Umlenkkammer 34 und durch wenigstens ein anderes der Arbeitsmediumrohre 11 von der Umlenkkammer 34 zum Arbeitsmediumauslass 6. Das Gehäuse 2 ist dann im Bereich der Umlenkkammer 34 durch einen Gehäuseboden 37 verschlossen. Der Gehäuseboden 37 ist bei einer bevorzugten Ausführungsform integral am Mantel 4 ausgeformt. Die Umlenkkammer 34 kann durch ein hier nicht gezeigtes Metallgehäuse begrenz sein, das in das Gehäuse 2 eingesetzt ist und den Mantel 4 sowie den Gehäuseboden 37 zur Umlenkkammer 34 hin auskleidet und vor einem Kontakt mit dem Arbeitsmedium 12 schützt.

[0050] Gemäß den Figuren 2 und 6 bis 9 kann im Bereich des vorderen Bodens 9 zwischen dem zugehörigen Rand 31 und der Mantelstirnseite 32 eine axial wirkende zweite Ringdichtung 38 vorgesehen sein. Ferner kann axial zwischen dem Rand 31 des vorderen Bodens 9 und der Flanschstirnseite 33 eine axial wirkende dritte Ringdichtung 39 vorgesehen sein. Die zweite Ringdichtung 38 und die dritte Ringdichtung 39 können als Kunststoffdichtung oder als Metallsickendichtung ausgestaltet sein.

[0051] Die Figuren 2 und 6 zeigen dabei eine Ausführungsform, bei der die zweite Ringdichtung 38 als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist und bei der die dritte Ringdichtung 39 ebenfalls als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist.

[0052] Figur 7 zeigt dagegen eine Ausführungsform, bei der die zweite Ringdichtung 38 als Metallsickendichtung ausgestaltet ist und bei der die dritte Ringdichtung 39 ebenfalls als Metallsickendichtung ausgestaltet ist.

[0053] Figur 8 zeigt dagegen eine Ausführungsform, bei der die zweite Ringdichtung 38 als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist, während die dritte Ringdichtung 39 als Metallsickendichtung ausgestaltet ist.

[0054] Schließlich zeigt Figur 9 eine Ausführungsform, bei der die zweite Ringdichtung 38 als Metallsickendichtung ausgestaltet ist, während die dritte Ringdichtung 39 als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist.

[0055] Sofern die zweite Ringdichtung 38 wie in den Beispielen der Figuren 2, 6 und 8 als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist, enthält die Mantelstirnseite 32 eine zugehörige Aufnahmenut 40, in welche die zweite Ringdichtung 38 axial eingesetzt ist. Sofern die dritte Ringdichtung 39 wie in den Figuren 2, 6 und 9 als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist, enthält die Flanschstirnseite 33 eine entsprechende Aufnahmenut 41, in welche die dritte Ringdichtung 39 axial eingesetzt ist.

[0056] Auch die zweite Ringdichtung 38 und die dritte Ringdichtung 39 sind in den Figuren 2 und 6 bis 9 jeweils im entspannten Zustand dargestellt, so dass sie scheinbar in den Rand 31 des vorderen Bodens 9 bzw. in die Flanschstirnseite 33 hineinragen. In Realität ist dies nicht der Fall, vielmehr sind die zweite Ringdichtung 38 und die dritte Ringdichtung 39 dann auf entsprechende Weise elastisch verformt und liegen axial am Rand 31 bzw. an der Flanschstirnseite 33 an.

[0057] Bemerkenswert ist ferner, dass der vordere Boden 9 dreidimensional geformt ist, derart, dass der Rand 31 gegenüber einem vom Rand 31 ringförmig eingefassten inneren Bereich des vorderen Bodens 9 axial versetzt ist, wobei der innere Bereich fest mit den Arbeitsmediumrohren 11 verbunden ist. Der axiale Versatz erfolgt dabei nach innen, also in einer den Arbeitsmediumrohren 11 zugewandten Richtung.

[0058] Die in den Fig. 4 und 7 bis 9 gezeigten Metallsickendichtungen sind jeweils durch eine Metallscheibe gebildet, die sich ringförmig entlang des jeweiligen Rands 17 bzw. 31 erstreckt und die wenigstens eine axial abstehende, geschlossen umlaufende Dichtkontur 42 aufweist, die vorgespannt am jeweiligen Rand 17, 31 bzw. an der Flanschstirnseite 33 axial anliegt. Die jeweilige Dichtkontur 42 ist dabei nach Art einer Sicke durch Umformung integral an der Metallscheibe ausgebildet. Diese Dichtkontur 42 kann oder mehrere solche Dichtkonturen 42 können dabei radial zwischen einer Innenkante und einer Außenkante der jeweiligen Metallsickendichtung angeordnet sein. In den hier gezeigten Beispielen ist an jeder Metallsickendichtung jeweils nur eine einzige solche Dichtkontur 42 ausgebildet, und zwar jeweils durch einen S-förmig abgewinkelten Bereich an der Innenkante.

[0059] Bevorzugt ist nunmehr eine Ausführungsform, bei welcher der Wärmetauscherblock 3, also die Böden 9, 10 und die Arbeitsmediumrohre 11 jeweils aus einer Eisenlegierung hergestellt sind. Dabei können durchaus auch unterschiedliche Eisenlegierungen zum Einsatz kommen. Hierdurch kann der Wärmetauscherblock 3 eine hohe thermische Beständigkeit besitzen. Ferner lassen sich die einzelnen Komponenten des Wärmetauscherblocks 3 außerhalb des Gehäuses 2 fügen, also insbesondere schweißen oder löten. Im Unterschied dazu kann der Mantel 4 aus einem Kunststoff oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. Der Mantel 4 weist dabei integral die Rastkonturen 20 und die Stufe 18 auf. Ferner weist der Mantel 4 vorzugsweise auch den Kühlmitteleinlass 7 und den Kühlmittelauslass 8 integral auf. Bei der hier gezeigten I-Strom-Bauweise ist am Mantel 4 außerdem der Arbeitsmediumauslass 6 gegebenenfalls mit dem Übergangsbereich 35 integral ausgeformt.

[0060] Der Anschlussflansch 28 ist bevorzugt aus einem Metall hergestellt. Dabei kann je nach Anwendungsbereich des Wärmetauschers 1 eine Leichtmetalllegierung oder ebenfalls eine Eisenlegierung zum Einsatz kommen. Am Anschlussflansch 28 ist bei der I-Strom-Bauweise der Arbeitsmediumeinlass 5 integral ausgeformt. Bei der U-Strom-Bauweise kann der Anschlussflansch 28 zusätzlich den Arbeitsmediumauslass 6 aufweisen.

[0061] Die jeweilige Ringdichtung 19, 38, 39 läuft in der Umfangsrichtung ringförmig geschlossen um, kann jedoch quer zu ihrer Umlaufrichtung grundsätzlich jeden beliebigen Querschnitt besitzen.

Ansprüche

1. Wärmetauscher zum mediengetrennten Kühlen eines Arbeitsmediums (12) mittels eines Kühlmediums (13),

- mit einem Gehäuse (2), das einen Gehäusemantel (4), einen Arbeitsmediumeinlass (5), einen Arbeitsmediumauslass (6), einen Kühlmediumeinlass (7) und einen Kühlmediumauslass (8) aufweist,

- mit einem Wärmetauscherblock (3), der in das Innere des Gehäuses (2) eingesetzt ist und der einen dem Arbeitsmediumeinlass (5) zugewandten vorderen Boden (9) und einen vom Arbeitsmediumeinlass (5) abgewandten hinteren Boden (10) sowie mehrere Arbeitsmediumrohre (11) zum Führen des Arbeitsmediums (12) aufweist, welche die beiden Böden (9, 10) durchsetzen und fest mit den beiden Böden (9, 10) verbunden sind,

- wobei ein Arbeitsmediumpfad (14) vom Arbeitsmediumeinlass (5) innen durch die Arbeitsmediumrohre (11) hindurch zum Arbeitsmediumauslass (6) führt,

- wobei ein Kühlmittelpfad (15) vom Kühlmitteleinlass (7) außen um die Arbeitsmediumrohre (11) herum zum Kühlmittelauslass (8) führt,

- wobei axial zwischen einem radial über die Arbeitsmediumrohre (11) überstehenden, umlaufenden Rand (17) des hinteren Bodens (10) und einer entlang des Rands (17) umlaufenden Stufe (18) des Gehäuses (2) eine axial wirkende erste Ringdichtung (19) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (2) in seinem Inneren im Bereich der Stufe (18) wenigstens eine Rastkontur (20) aufweist, die an einer von der ersten Ringdichtung (19) abgewandten Rückseite (22) des Rands (17) mit einer Gegenrastkontur (21) des Rands (17) zusammenwirkt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Rastkonturen (20) vorgesehen sind, die in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet entlang des Rands (17) verteilt angeordnet sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweilige Rastkontur (20) unmittelbar mit der Rückseite (22) des Rands (17) als Gegenrastkontur (21) zusammenwirkt.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Rand (17) mit einer der ersten Ringdichtung (19) zugewandten Vorderseite (25) unmittelbar an der Stufe (18) axial abstützt.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ringdichtung (19) als Kunststoffdichtung ausgestaltet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stufe (18) eine Aufnahmenut (26) aufweist, in welche die erste Ringdichtung (19) eingesetzt ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Rand (17) nur über die erste Ringdichtung (19) an der Stufe (18) axial abstützt.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Ringdichtung (19) als scheibenförmige Metallsickendichtung ausgestaltet ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Arbeitsmediumeinlass (5) integral an einem Anschlussflansch (28) ausgebildet ist, der bezüglich des Mantels (4) ein separates Bauteil ist und der am Mantel (4) mittels einer Befestigung (29) befestigt ist,

- dass der vordere Boden (9) einen radial über die Arbeitsmediumrohre (11) überstehenden, umlaufenden Rand (31) aufweist, der axial zwischen einer axialen Mantelstirnseite (32) des Mantels (4) und einer axialen Flanschstirnseite (33) des Anschlussflansches (28) angeordnet ist und der in die Befestigung (29) eingebunden sein kann.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlmediumeinlass (7) und der Kühlmediumauslass (8) sowie die jeweilige Rastkontur (20) und die Stufe (18) integral am Mantel (4) ausgeformt sind.

11. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Wärmetauscher (1) in U-Strom-Bauweise ausgestaltet ist,

- dass der Arbeitsmediumauslass (6) integral am Anschlussflansch (28) ausgeformt ist,

- dass im Gehäuse (2) eine Umlenkkammer (34) vorgesehen ist,

- dass der Arbeitsmediumpfad (14) durch wenigstens ein Arbeitsmediumrohr (11) vom Arbeitsmediumeinlass (5) zur Umlenkkammer (34) führt und durch wenigstens ein anderes Arbeitsmediumrohr (11) von der Umlenkkammer (34) zum Arbeitsmediumauslass (6) führt,

- dass das Gehäuse (2) im Bereich der Umlenkkammer (34) durch einen Gehäuseboden (37) verschlossen ist, der integral am Mantel (4) ausgeformt ist.

12. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Wärmetauscher (1) in I-Strom-Bauweise ausgestaltet ist,

- dass der Arbeitsmediumauslass (6) dem Arbeitsmediumeinlass (5) axial gegenüberliegt und integral am Mantel (4) ausgeformt ist.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,

- dass axial zwischen dem Rand (31) des vorderen Bodens (9) und der Mantelstirnseite (32) eine axial wirkende zweite Ringdichtung (38) vorgesehen ist,

- dass axial zwischen dem Rand (31) des vorderen Bodens (9) und der Flanschstirnseite (33) eine axial wirkende dritte Ringdichtung (39) vorgesehen ist.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,

- dass der Wärmetauscherblock (3) aus einer Eisenlegierung hergestellt ist,

- dass der Mantel (4) aus einem Kunststoff oder aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt ist.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rand (17) gegenüber einer senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Ebene geneigt ist, so dass er bei Umgebungstemperatur die Stufe (18) nur radial außen berührt, während er radial innen von der Stufe (18) abhebt.

Claims

1. Heat exchanger for cooling a working medium (12) by means of a cooling medium (13) with separation of the mediums,

- comprising a housing (2) having a housing casing (4), a working medium inlet (5), a working medium outlet (6), a cooling medium inlet (7) and a cooling medium outlet (8),

- comprising a heat exchanger block (3) which is located in the inside of the housing (2) and has a front end cap (9) near the working medium inlet (5) and a rear end cap (10) remote from the working medium inlet (5), as well as multiple working medium pipes (11) for carrying the working medium (12), which pipes pass through the two end caps (9, 10) and are securely connected to the two end caps (9, 10),

- wherein a working medium path (14) leads from the working medium inlet (5) internally through the working medium pipes (11) to the working medium outlet (6),

- wherein a cooling medium path (15) leads from the cooling medium inlet (7) externally around the working medium pipes (11) to the cooling medium outlet (8),

- wherein a first axial ring seal (19) is arranged axially between an edge (17) of the rear base (10), said edge running around and projecting radially over the working medium pipes (11), and a step (18) on the housing (2), said step running around along the edge (17),
characterised in
that the housing (2) has at least one clip-in contour (20) in its inside in the region of the step (18), which cooperates with a mating clip-in contour (21) on the edge (17) on a rear side (22) of the edge (17) facing away from the first ring seal (19).

2. Heat exchanger according to claim 1,
characterised in
that multiple clip-in contours (20) are provided, which are arranged distributed along the edge (17) and spaced apart from one another in the circumferential direction.

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2,
characterised in
that the respective clip-in contour (20) cooperates directly with the rear side (22) of the edge (17) as mating clip-in contour (21).

4. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 3,
characterised in
that the edge (17) is supported axially directly on the step (18) with a front side (25) facing the first ring seal (19).

5. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
characterised in
that the first ring seal (19) is embodied as plastic seal.

6. Heat exchanger according to claim 5,
characterised in
that the step (18) comprises a location groove (26), into which the first ring seal (19) is inserted.

7. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 3,
characterised in
that the edge (17) is supported axially on the step (18) only via the first ring seal (19).

8. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 3 and 7,
characterised in
that the first ring seal (19) is embodied as disc-shaped metal bead gasket.

9. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 8,
characterised in

- that the working medium inlet (5) is configured integrally on a connecting flange (28), which is a separate component in relation to the casing (4) and is fastened on the casing (4) by means of a fastening (29),

- that the front end cap (9) comprises an edge (31) running around and projecting radially over the working medium pipes (11), which edge is arranged axially between an axial casing end face (32) of the casing (4) and an axial flange end face (33) of the connecting flange (28) and can be incorporated into the fastening (29).

10. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 9,
characterised in
that the cooling medium inlet (7) and the cooling medium outlet (8) and also the respective clip-in contour (20) and the step (18) are formed integrally on the casing (4).

11. Heat exchanger according to claims 9 and 10,
characterised in

- that the heat exchanger (1) is embodied in U-flow design,

- that the working medium outlet (6) is formed integrally on the connecting flange (28),

- that a diversion chamber (34) is provided in the housing (2),

- that the working medium path (14) leads through at least one working medium pipe (11) from the working medium inlet (5) to the diversion chamber (34) and leads through at least one other working medium pipe (11) from the diversion chamber (34) to the working medium outlet (6),

- that the housing (2) is closed in the region of the diversion chamber (34) by a housing end cap (37), which is formed integrally on the casing (4).

12. Heat exchanger according to claims 9 and 10,
characterised in

- that the heat exchanger (1) is embodied in l-flow design,

- that the working medium outlet (6) lies axially opposite the working medium inlet (5) and is formed integrally on the casing (4).

13. Heat exchanger according to any one of claims 9 to 12,
characterised in

- that an axial second ring seal (38) is provided axially between the edge (31) of the front end cap (9) and the casing end face (32),

- that an axial third ring seal (39) is provided axially between the edge (31) of the front end cap (9) and the flange end face (33).

14. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 13,
characterised in

- that the heat exchanger block (3) is manufactured from an iron alloy,

- that the casing (4) is manufactured from a plastic or from a light metal alloy.

15. Heat exchanger according to any one of claims 1 to 14,
characterised in
that the edge (17) is inclined in relation to a plane running perpendicular to the axial direction, such that at ambient temperature it touches the step (18) only radially on the outside, while it rises from the step (18) radially on the inside.

Revendications

1. Echangeur de chaleur servant au refroidissement avec séparation de milieux d'un milieu de travail (12) au moyen d'un milieu de refroidissement (13),

- avec un boîtier (2) qui présente une enveloppe de boîtier (4), une entrée de milieu de travail (5), une sortie de milieu de travail (6), une entrée de milieu de refroidissement (7) et une sortie de milieu de refroidissement (8),

- avec un bloc échangeur de chaleur (3) qui est inséré dans l'intérieur du boîtier (2) et qui présente un fond avant (9) tourné vers l'entrée de milieu de travail (5) et un fond arrière (10) détourné de l'entrée de milieu de travail (5) ainsi que plusieurs tubes de milieu de travail (11) servant à guider le milieu de travail (12), lesquels traversent les deux fonds (9, 10) et sont reliés fixement aux deux fonds (9, 10),

- dans lequel un trajet de milieu de travail (14) passe de l'entrée de milieu de travail (5) en traversant l'intérieur des tubes de milieu de travail (11) jusqu'à la sortie de milieu de travail (6),

- dans lequel un trajet de milieu de refroidissement (15) passe de l'entrée de milieu de refroidissement (7) à l'extérieur autour des tubes de milieu de travail (11) jusqu'à la sortie de milieu de refroidissement (8),

- dans lequel est disposé axialement entre un bord (17) périphérique du fond arrière (10) dépassant radialement au-dessus des tubes de milieu de travail (11) et un échelon (18) du boîtier (2) périphérique le long du bord (17) un premier joint d'étanchéité annulaire (19) agissant axialement,
caractérisé en ce que
le boîtier (2) présente dans son intérieur dans la plage de l'échelon (18) au moins un contour d'encliquetage (20) qui coopère au niveau d'un côté arrière (22) du bord (17) détourné du premier joint d'étanchéité annulaire (19) avec un contour d'encliquetage complémentaire (21) du bord (17).

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
plusieurs contours d'encliquetage (20) sont prévus, qui sont disposés de façon répartie à distance les uns des autres dans la direction périphérique le long du bord (17).

3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
le contour d'encliquetage respectif (20) coopère directement avec le côté arrière (22) du bord (17) en tant que contour d'encliquetage complémentaire (21).

4. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
le bord (17) s'appuie axialement avec un côté avant (25) tourné vers le joint d'étanchéité annulaire (19) directement à l'échelon (18).

5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que
le premier joint d'étanchéité (19) est conçu comme un joint d'étanchéité en matière plastique.

6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
l'échelon (18) présente une rainure de réception (26) dans laquelle le premier joint d'étanchéité annulaire (19) est inséré.

7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
le bord (17) ne s'appuie axialement à l'échelon (18) que sur le premier joint d'étanchéité annulaire (19).

8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 7, caractérisé en ce que
le premier joint d'étanchéité annulaire (19) est conçu comme un joint d'étanchéité en gouttière métallique en forme de disque.

9. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que

- l'entrée de milieu de travail (5) est constituée d'un seul tenant au niveau d'une bride de raccordement (28) qui est une pièce séparée par rapport à l'enveloppe (4) et qui est fixée à l'enveloppe (4) au moyen d'une fixation (29),

- le fond avant (9) présente un bord périphérique (31) dépassant radialement au-dessus des tubes de milieu de travail (11) qui est disposé axialement entre un côté frontal d'enveloppe (32) axial de l'enveloppe (4) et un côté frontal de bride axial (33) de la bride de raccordement (28) et qui peut être intégré dans la fixation (29).

10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que
l'entrée de milieu de refroidissement (7) et la sortie de milieu de refroidissement (8) ainsi que le contour d'encliquetage respectif (20) et l'échelon (18) sont formés d'un seul tenant au niveau de l'enveloppe (4).

11. Echangeur de chaleur selon les revendications 9 et 10,
caractérisé en ce que

- l'échangeur de chaleur (1) est conçu dans une structure à écoulement en U,

- la sortie de milieu de travail (6) est formée d'un seul tenant au niveau de la bride de raccordement (28),

- une chambre de dérivation (34) est prévue dans le boîtier (2)

- le trajet de milieu de travail (14) passe à travers au moins un tube de milieu de travail (11) de l'entrée de milieu de travail (5) à la chambre de dérivation (34) et passe à travers au moins un autre tube de milieu de travail (11) de la chambre de dérivation (34) à la sortie de milieu de travail (6),

- le boîtier (2) est fermé dans la zone de la chambre de dérivation (34) par un fond de boîtier (37) qui est formé d'un seul tenant au niveau de l'enveloppe (4).

12. Echangeur de chaleur selon les revendications 9 et 10,
caractérisé en ce que

- l'échangeur de chaleur (1) est conçu dans une structure à écoulement en I,

- la sortie de milieu de travail (6) est opposée axialement à l'entrée de milieu de travail (5) et est formée d'un seul tenant au niveau de l'enveloppe (4).

13. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 9 à 12,
caractérisé en ce que

- un deuxième joint d'étanchéité annulaire (38) agissant axialement est prévu axialement entre le bord (31) du fond avant (9) et le côté frontal d'enveloppe (32),

- un troisième joint d'étanchéité annulaire (39) agissant axialement est prévu axialement entre le bord (31) du fond avant (9) et le côté frontal de bride (33).

14. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13,
caractérisé en ce que

- le bloc d'échangeur de chaleur (3) est fabriqué en un alliage de fer,

- l'enveloppe (4) est fabriquée en une matière plastique ou en un alliage de métal léger.

15. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14,
caractérisé en ce que
le bord (17) est incliné par rapport à un plan évoluant verticalement par rapport à la direction axiale, de sorte qu'il ne touche l'échelon (18) à température ambiante que radialement à l'extérieur, tandis qu'il se décolle radialement à l'intérieur de l'échelon(18).

Zeichnung