DE10106510B4 - Aluminium-Wärmeübertrager - Google Patents
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Abstract
Wärmeübertrager, insbesondere Flachrohrölkühler für Kraftfahzeuge, in gelöteter Aluminium-Bauweise mit Gewindeanschlußstutzen für den Ein- und Auslaß des zu kühlenden Mediums, vorzugsweise Getriebeöl, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (6, 7) aus einem Edelstahlteil (8) mit Gewinde (18) und einem Aluminiumteil (9) besteht und über das Aluminiumteil (9) dicht mit dem Wärmeübertrager (1) verlötet ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager der die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 auweist.
- Ein derartiger Wärmeübertrager wurde durch die
EP 0 866 300 A2 Anmelderin bekannt. Diese Getriebeölkühler sind als Flachrohr- oder Scheibenölkühler aufgebaut und weisen jeweils einen Einlaß- und einen Auslaßstutzen für das Getriebeöl auf, die durch die Wand des Kühlmittelkastens hindurchgeführt und gegenüber diesem abgedichtet sind. Das Getriebeöl wird somit durch das Kühlmittel, welches durch den Kühlmittel/Luft-Kühler strömt, gekühlt. Sämtliche Teile des Getriebeölkühlers bestehen aus Aluminium, das heißt die Flachrohre, die Turbulenzeinlagen sowie die Anschlußstutzen – somit kann der gesamte Ölkühler in einem Arbeitsgang gelötet werden. - Ein ähnlicher sogenannter Scheibenölkühler wurde durch die
US 5,121,790 A bekannt. Bei dieser Bauart werden die Strömungskanäle für das Öl durch paarweise angeordnete ineinander geschachtelte Scheiben gebildet, die ebenfalls aus Aluminium bestehen und zusammen mit etwaigen Turbulenzeinlagen und Anschlußstutzen in einem Arbeitsgang im Lötofen gelötet werden. An die Anschlußstutzen des Ölkühlers werden Ölleitungen über Schraubverbindungen angeschlossen, so daß die Enden der Anschlußstutzen ein Gewinde aufweisen müssen. Da der Gewindestutzen bei Aluminiumkühlern ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt ist, besteht die Gefahr, daß das Gewinde im Laufe der Zeit korrodiert und daß dann die Schraubverbindungen zwischen Anschlußstutzen und den Rohrleitungen für das Öl nicht mehr gelöst werden können bzw. das Gewinde beim Lösen zerstört wird – dies wird als Nachteil angesehen. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß das Gewinde des Anschlußstutzens möglichst keiner Korrosion unterliegt und somit eine problemlose Demontage und Wiedermontage möglich ist.
- Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruches 1. Dadurch, daß der Anschlußstutzen aus zwei verschiedenen Werkstoffen, nämlich korrosionsbeständigem Stahl, das heißt Edelstahl für den Gewindebereich und lötbarem Aluminiumwerkstoff für den Verbindungsbereich besteht, wird einerseits die gewünschte Korrosionsbeständigkeit erreicht und andererseits der Vorteil beibehalten, daß der Anschlußstutzen zusammen mit dem gesamten Aluminium-Wärmeübertrager in einem Arbeitsgang gelötet werden kann.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 werden das Stahlteil und das Aluminiumteil des Anschlußstutzens drehfest und dicht miteinander verbunden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß eine Befestigung des Ölkühlers mittels einer Befestigungsmutter am Kühlmittelkasten möglich ist, weil sich das Anzugsmoment der Befestigungsmutter über die drehfeste Verbindung über die Lötfläche zwischen dem Aluminiumteil der Gewindebuchse und dem Wärmeübertrager abstützen kann. Gleiches gilt für die Rohrverschraubung der Ölleitungen. Darüber hinaus wird eine Ölleckage verhindert.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung, gemäß Anspruch 3, ist das Aluminiumteil als Befestigungsring ausgebildet, welcher die Gewindebüchse aus Stahl festhält und gleichzeitig eine Verlötung mit dem Wärmeübertrager ermöglicht.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 4, wonach die drehfeste Verbindung zwischen Stahl-Gewindebuchse und Aluminium-Befestigungsring über eine Rändelung bzw. Kerbverzahnung erfolgt. Dabei reicht es aus, wenn eine zahnförmige Rändelung am Umfang des Stahlteiles vorgesehen ist, die sich bei der Montage mit dem Befestigungsring in das weichere Aluminium eingräbt und somit eine Drehmomentabstützung beim Anziehen der Befestigungsmutter ermöglicht. Es ist allerdings auch möglich, daß sowohl an der Außenfläche der Gewindebuchse eine Außenkerbverzahnung als auch an der Innenfläche des Befestigungsringes eine Innenkerbverzahnung vorgesehen sind, die bei Montage beider Teile ineinander greifen.
- In Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird über die ringförmige Stufe und einen korrespondierenden Absatz der Vorteil erreicht, daß die Gewindebuchse in axialer Richtung gehalten wird.
- In Weiterbildung der Erfindung, gemäß Anspruch 6, ist eine weitere Kerbverzahnung bzw. Rändelung zwischen dem Aluminium und Stahlteil vorgesehen, womit ein höheres Drehmoment zwischen beiden Teilen bei der Montage und Demontage des Ölkühlers bzw. der Rohrverschraubung übertragbar ist.
- In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 wird die Lötverbindung zwischen dem Aluminium-Befestigungsring und dem Aluminium-Wärmeübertrager über eine Lotscheibe ermöglicht, das heißt eine beidseitig mit einer Lotlegierung beschichtete Scheibe aus einem Aluminiumwerkstoff bzw. einer Aluminiumlegierung. Es ist allerdings auch möglich, auf diese Lotscheibe zu verzichten, indem beispielsweise die äußerste Fläche des Wärmeübertragers, also dessen Verbindungsfläche mit Befestigungsring, ihrerseits mit einer Lotplattierung versehen ist.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 8 bis 12. Zwischen dem Stahlteil und dem Aluminiumteil sind Dichtmittel vorgesehen, die entweder vor dem Lötprozeß oder danach vorgesehen werden. Ein lötbares Dichtmittel, welches also bereits vor dem Lötprozeß angebracht wird, ist eine im Stahlkörper angebrachte umlaufende Schneidrippe, die sich in den weicheren Aluminiumwerkstoff eingräbt und somit bereits eine starke Dichtwirkung erzielt. Als lötbares Dichtmittel kann auch ein hochtemperaturbeständiges Epoxydharz bzw. Keramikkleber im Kontaktbereich des Aluminium- und Stahlteils vorgesehen sein, welches also vor der Montage der Gewindebuchse und des Befestigungsringes im Verbindungsbereich beider Teile aufgetragen wird und dann aufgrund seiner Hochtemperaturbeständigkeit den Lötprozeß schadlos übersteht. Ein solches Epoxydharz kann zusätzlich zu der erwähnten Schneidrippe zur vollständigen Abdichtung vorgesehen sein. Schließlich kann auch ein Dichtmittel nach dem Lötprozeß appliziert werden, welches nicht hochtemperaturbeständig ist und von außen in den Verbindungsbereich vom Stahl- und Aluminiumteil eingebracht wird.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
-
1 einen Flachrohr-Getriebeölkühler in einer Ansicht von vorn, -
1a den Getriebeölkühler nach1 in einer Ansicht von unten, -
1b den Getriebeölkühler nach1 in einer Ansicht von der Seite, -
2 einen Schnitt durch einen Anschlußstutzen des Getriebeölkühlers in vergrößerter Darstellung und -
3 ein Detail der Gewindebuchse mit Schneidrippe. -
1 zeigt einen Getriebeölkühler1 , der aus einem Stapel von einzelnen Flachrohren2 besteht, welche endseitig durch einen Falz3 verschlossen sind. Innerhalb der Flachrohre2 sind Turbulenzbleche4 angeordnet, die für eine Verwirbelung des Öls und damit für einen verbesserten Wärmeübergang sorgen. Zwischen den einzelnen Flachrohren2 sind weitere Turbulenzbleche5 vorgesehen, die eine Verbesserung des Wärmeübergangs auf der Außen-, das heißt der Kühlmittelseite bewirken. Der Ölkühler1 weist zwei Anschlußstutzen6 und7 auf, die für den Einlaß und den Auslaß des Öls, das heißt des zu kühlenden Mediums bestimmt sind. Ferner dienen diese Anschlußstutzen der Befestigung des Ölkühlers im Kühlmittelkasten eines nicht dargestellten Kühlmittelkühlers, wie dies durch den obengenannten Stand der Technik bekannt ist. Die strichpunktierte Linie8 markiert die Ebene, an welcher der Getriebeölkühler1 auf der Innenseite des nicht dargestellten Kühlmittelkastens anliegt und befestigt ist. Das Getriebeöl tritt also beispielsweise durch den Eintrittsstutzen6 in den Ölkühler ein, durchströmt die einzelnen Flachrohre2 parallel und verläßt den Ölkühler1 wieder durch den Austrittsstutzen7 . Die Außenseiten der Flachrohre2 werden vom Kühlmittel beaufschlagt, welches den Kühlmittelkühler durchströmt. Die Teile2 ,3 ,4 ,5 bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die hartlötbar ist. Die Ausbildung der Stutzen6 und7 (beide sind gleich) wird im Folgenden anhand der2 beschrieben. - Die
1a und1b zeigen den Getriebeölkühler1 in einer Ansicht von unten bzw. einer Ansicht von der Seite. -
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Stutzen6 in vergrößerter Darstellung mit einem Teil des Getriebeölkühlers1 . Der Anschlußstutzen6 ist zweiteilig aufgebaut, das heißt er besteht einerseits aus einem Gewindestutzen8 , welcher aus Edelstahl hergestellt ist, und aus einem Befestigungsring9 , welcher aus einer lötbaren Aluminiumlegierung hergestellt ist. Beide Teile8 und9 sind drehfest und dicht miteinander verbunden, wie im Folgenden noch erläutert wird. Zwischen der Stirnfläche10 des Anschlußstutzens6 und der Außenfläche11 des Ölkühlers1 ist eine Lotscheibe12 angeordnet, welche aus einer Aluminiumlegierung als Grundwerkstoff besteht und beidseitig mit einer Lotlegierung plattiert ist. Diese Lotscheibe12 ist für die Verlötung des Befestigungsringes9 mit dem Ölkühler1 vorgesehen. Andere Verlötungsmittel wären auch möglich, z. B. eine Plattierung der Außenfläche11 des Ölkühlers1 mit einer Lotlegierung, die dann eine Verlötung mit dem Befestigungsring9 ermöglicht. Der Einbau des Ölkühlers1 in einen vollständig nicht dargestellten Kühlmittelkasten eines Kühlmittelkühlers ist teilweise und gestrichelt dargestellt: Der Befestigungsring9 weist eine Stirnfläche13 mit einer ringförmigen Nut14 auf, die der Aufnahme eines O-Ringes15 dient. Diese Stirnfläche13 liegt an der Innenseite16 der Kunststoffwandung17 (gestrichelt) eines nicht dargestellten Kühlmittelkastens an (die Fläche16 entspricht der Ebene8 in1 ). Der Anschlußstutzen6 weist einen Gewindeabschnitt18 auf, der sich durch eine Öffnung19 in der Wandung17 nach außen erstreckt. Über diesen Gewindeabschnitt18 wird eine Befestigungsmutter20 geschraubt, welche den Ölkühler1 an der Wandung17 befestigt und gleichzeitig über den O-Ring15 abdichtet. Der über die Befestigungsmutter20 nach außen vorstehende Teil des Gewindeabschnittes18 dient der Befestigung einer nicht dargestellten Rohrverschraubung für die Zu- oder Abfuhr des Getriebeöls. Aus dieser Montagebeschreibung wird deutlich, daß beispielsweise beim Anziehen der Befestigungsmutter20 ein Drehmoment auf den Gewindestutzen8 ausgeübt wird, welches abgestützt werden muß – dies geschieht über die Verbindung zwischen Gewindestutzen8 und Befestigungsring9 durch jeweils einen zylindrischen Sitz21 und22 . Das härtere der beiden Teile, das heißt der Edelstahlgewindestutzen weist an seiner Umfangsfläche21' (dies ist als Einzelheit III in3 dargestellt) eine zahnförmige Rändelung oder eine Kerbverzahnung23 auf (3 ); eine ähnliche Rändelung bzw. Kerbverzahnung24 ist für den zylindrischen Sitz22 auf der Fläche22' vorgesehen. Bei der Montage des Befestigungsringes9 in axialer Richtung gräbt sich die Kerbverzahnung23 und24 in die entsprechenden Umfangsflächen des weicheren Werkstoffes Aluminium, d. h. in den Befestigungsring9 , ein – dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen beiden Teilen hergestellt, die in der Lage ist, die bei der Montage oder Demontage auftretenden Drehmomente über die Lötverbindung auf den Ölkühler1 zu übertragen. Darüber hinaus müssen die beiden Teile8 und9 im Bereich des zylindrischen Sitzes21 und22 auch abgedichtet werden. Dies geschieht durch eine in3 dargestellte umlaufende Schneidkante25 , die sich über eine Planfläche26 eines ringförmigen Bundes27 in axialer Richtung erhebt. Beim Zusammenfügen der Teile8 und9 wird diese Schneidkante25 in die gegenüberliegende Fläche einer ringförmigen Stufe28 an dem Befestigungsring9 hineingedrückt. Damit wird eine hinreichende Abdichtung beider Teile8 und9 erreicht, bevor der gesamte Anschlußstutzen6 mit dem Ölkühler1 verlötet wird. Zusätzlich zu dieser Dichtmaßnahme25 kann im Bereich des zylindrischen Sitzes21 und22 ein hochtemperaturfestes Dichtmittel, z. B. ein Keramikkleber, aufgebracht werden, welches aufgrund seiner Temperaturbeständigkeit durch den anschließenden Lötprozeß keine Beeinträchtigung seiner Dichtfähigkeit erfährt. Anstelle des hochtemperaturbeständigen Dichtmittels kann als Dichtmittel ein Zwei- bzw. Ein-Komponenten-Epoxydharz nach dem Lötprozeß aufgebracht werden, und zwar im Bereich einer muldenförmigen ringförmigen Vertiefung29 , welche sich im Bereich des zylindrischen Sitzes22 befindet. Ein solches Dichtmittel wird in flüssiger Form aufgebracht, dringt dann in den zylindrischen Sitz22 ein, härtet anschließend aus und bewirkt somit eine Abdichtung beider Teile8 und9 . - Wie bereits eingangs erwähnt, läßt sich mit dieser Verbundbauweise eines Anschlußstutzens in Edelstahl und Aluminium ein korrosionsbeständiger Gewindeanschluß für einen Aluminium-Wärmeübertrager herstellen, wobei der komplette Wärmeübertrager, das heißt einschließlich Anschlußstutzen in einem Arbeitsgang gelötet werden kann.
- Zwar ist das oben beschriebene Ausführungsbeispiel auf einen durch flüssiges Kühlmittel gekühlten Ölkühler gerichtet, die Erfindung kann jedoch ebenso an einem luftgekühlten Wärmeübertrager verwirklicht werden.
Claims (12)
- Wärmeübertrager, insbesondere Flachrohrölkühler für Kraftfahzeuge, in gelöteter Aluminium-Bauweise mit Gewindeanschlußstutzen für den Ein- und Auslaß des zu kühlenden Mediums, vorzugsweise Getriebeöl, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (
6 ,7 ) aus einem Edelstahlteil (8 ) mit Gewinde (18 ) und einem Aluminiumteil (9 ) besteht und über das Aluminiumteil (9 ) dicht mit dem Wärmeübertrager (1 ) verlötet ist. - Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelstahlteil aus einer Gewindebüchse (
8 ) besteht, die drehfest und dicht mit dem Aluminiumteil (9 ) verbunden ist. - Wärmeübertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebüchse (
8 ) einen ringförmigen Bund (27 ) aufweist und das Aluminiumteil als Befestigungsring (9 ) ausgebildet ist, der über einen zylindrischen Sitz (21 ) mit dem ringförmigen Bund (27 ) verbunden und über seine Stirnfläche (10 ) mit dem Wärmeübertrager (1 ) verlötet ist. - Wärmeübertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Sitz (
21 ) zwischen dem ringförmigen Bund (27 ) und dem Befestigungsring (9 ) als Kerbverzahnung bzw. Rändelung (23 ) ausgebildet sind. - Wärmeübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (
9 ) eine ringförmige Stufe (29 ) aufweist, die in einen korrespondieren Absatz (27' ) des ringförmigen Bundes (27 ) der Gewindebüchse (8 ) eingreift. - Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Stufe (
29 ) mit der Gewindebüchse (8 ) einen weiteren zylindrischen Sitz (22 ) bildet, der ebenfalls als Kerbverzahnung bzw. Rändelung (24 ) ausgebildet ist. - Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumteil (
9 ) bzw. der Befestigungsring mittels einer Lotscheibe (12 ) mit dem Wärmeübertrager (1 ) verlötet ist. - Wärmeübertrager nach einer dem Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (
9 ) und die Gewindebüchse (8 ) in ihrem Kontaktbereich (21 ,22 ) durch mindestens ein Dichtmittel (25 ) abgedichtet sind. - Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel lötbar ist.
- Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel als umlaufende Schneidrippe (
25 ) auf einer Planfläche (26 ) der Gewindebüchse (8 ) ausgebildet ist, die in eine Planfläche des Befestigungsringes (9 ) eingreift. - Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel ein hochtemperaturbeständiges Epoxydharz auf Keramikbasis ist, welches im Kontaktbereich (
21 ,22 ) zwischen Gewindebüchse (8 ) und Befestigungsring (9 ) aufgebracht ist. - Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel ein aushärtendes Epoxydharz ist, welches nach dem Lötprozeß aufgebracht wird.
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