DE102008045225A1

DE102008045225A1 - Wärmetauscher mit einem gelöteten Kühlnetz und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102008045225A1
Application number: DE102008045225A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr.-Ing. Orso; Rainer Dipl.-Ing. Käsinger; Verena Mankel
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2008-08-30
Filing date: 2008-08-30
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Wärmetauscher mit folgenden Schritten: Löten eines Kühlnetzes (3), lediglich bestehend aus Flachrohren (2) und Wellrippen (1); Einkleben von am Kühlnetz vorstehenden Flachrohrenden (20) des gelöteten Kühlnetzes (3) in Öffnungen (40) von Sammelkästen (4); gekennzeichnet durch nachfolgendes Auftragen eines Klebers (5) über wenigstens einen wesentlichen Teil der Länge von Seitenteilen (10) und Ansetzen der Seitenteile (10) an das Kühlnetz (3) sowie Einführen von deren Enden in Ausnehmungen (41) der Sammelkästen (4). Es wird auch ein entsprechender Wärmetauscher vorgeschlagen. Die Erfindung führt hauptsächlich zu niedrigeren Herstellungskosten und weniger Energieverbrauch bei der Herstellung der Wärmetauscher.

Description

Wärmetauscher mit einem gelöteten Kühlnetz und Herstellungsverfahren Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem gelöteten Kühlnetz, lediglich bestehend aus Flachrohren und luftseitigen Wellrippen zwischen den Flachrohren, wobei die Flachrohrenden in Öffnungen von Sammelkästen eingeklebt sind und wobei Seitenteile an beiden Seiten des Kühlnetzes angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren für Wärmetauscher mit folgenden Schritten: Löten eines Kühlnetzes, lediglich bestehend aus Flachrohren und Wellrippen, sowie Einkleben von am gelöteten Kühlnetz vorstehenden Flachrohrenden in Öffnungen von Sammelkästen.
Der beschriebene Wärmetauscher ist demjenigen aus der DE 37 20 483 C3 einerseits ähnlich, er ist andererseits jedoch auch ziemlich verschieden davon. Der bekannte Wärmetauscher weist neben der Klebeverbindung der Flachrohrenden eine vorher auszuführende gelötete Verbindung der Flachrohrenden im Sammelkasten auf. Die Klebeverbindung dient dort demnach nur als Sicherung gegen undichte Lötverbindungen. Darüber hinaus besitzt der bekannte Wärmetauscher die erwähnten Seitenteile, deren Enden in gleicher Weise wie die Flachrohrenden in ihnen zugeordnete Öffnungen der Sammelkästen eingelötet sind und anschließend noch eingeklebt werden. Über die gesamte Länge der dortigen Seitenteile besteht eine Lötverbindung mit den äußeren Wellrippen des Kühlnetzes, sodass das gelötete Kühlnetz auch nicht lediglich aus Flachrohren und Wellrippen besteht, wie einleitend angegeben wurde. Da den Seitenteilen eine Abstützfunktion für den Wärmetauscher im Aggregat zukommt, ist die Stabilität der Seitenteile des bekannten Wärmetauschers und deren Lötverbindung mit dem Kühlnetz in ausreichendem Maße vorhanden, was durch die Praxis bestätigt wird. Das Vorsehen von Löt – und von Klebeverbindungen an den Flachrohrenden und an den Enden der Seitenteile verteuert allerdings die Herstellung beträchtlich.
Aus DE 32 02 901 ist ein Wärmetauscher anderen Typs bekannt, der sich von dem oben beschriebenen Wärmetauscher unter anderem dadurch unterscheidet, dass er anstelle der Wellrippen flache Rippen mit Löchern aufweist, durch die runde Rohre geschoben werden, um das Kühlnetz zu bilden. Das Kühlnetz ist dort nicht gelötet sondern zusammengesteckt worden. Solche Kühlnetze sind hinsichtlich effizienter Wärmeübertragung aus heutiger Sicht teilweise unbefriedigend. Das Kühlnetz dieses bekannten Wärmetauschers besitzt jedoch ebenfalls Seitenteile, die aus einem Kunststoff bestehen. Die zwei seitlichen Ränder der flachen Rippen sind abgebogen worden, um daraus stabile Anschlussflächen mit schuppenartiger Struktur zu bilden. An die geschaffenen Anschlussflächen wurden die Seitenteile angeklebt, wobei die Kunststoff-Seitenteile zum Zwecke ihres Anklebens erwärmt werden. Es wird zur Absicherung der Haltbarkeit der Klebverbindung auch ein Formschluss zwischen den Seitenteilen und den Anschlussflächen ausgebildet. Die Seitenteile dieses Wärmetauschers stehen nicht mit dessen Sammelkästen in Verbindung.
Das einleitend skizzierte Herstellungsverfahren ist beispielsweise aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2008 021 544.9 intern bekannt. Seitenteile 10 sind darin auch erwähnt worden, jedoch werden dieselben, falls sie überhaupt vorgesehen werden, an das Kühlnetz angelötet. Also dieses gelötete Kühlnetz besteht ebenfalls nicht lediglich aus Flachrohren und Wellrippen sondern es weist dann auch noch angelötete Seitenteile auf. Die beiliegende 1 zeigt diesen Wärmetauscher.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher des einleitend beschriebenen Typs dahingehend zu verbessern, dass seine Herstellungskosten und sein zur Herstellung erforderlicher Energieverbrauch gegenüber Wärmetauschern mit angelöteten Seitenteilen reduziert werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Diese Aufgabe wird auch durch ein Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 12 aufweist.
Die Seitenteile des Wärmetauschers werden erfindungsgemäß an das Kühlnetz angeklebt, vorzugsweise an die außen angeordneten Wellrippen des Kühlnetzes. Der Kleber kann entweder auf das Seitenteil oder am Kühlnetz aufgetragen werden, wobei das Auftragen des Klebers auf das Seitenteil gegenwärtig bevorzugt wird. Die Länge der Klebeverbindung sollte sich erfindungsgemäß wenigstens über einen wesentlichen Teil der Länge des Seitenteils erstrecken. Die im Sammelkasten angeordneten Ausnehmungen zur Aufnahme der Enden der Seitenteile sind im weitesten Sinne zu verstehen. Es kann sich bei der Ausnehmung, zumindest in einem der Sammelkästen, um eine durchgehende Öffnung bzw. um einen Durchbruch handeln.
Die Erfindung führt zu folgenden Vorteilen:
Die angeklebten Seitenteile erlauben die unter Temperaturwechselbelastungen erfolgende Ausdehnung (Atmung) des Kühlnetzes. Eine weitere Wanddickenreduktion der Flachrohre und der Wellrippen ist bei Beibehaltung der Lötbarkeit möglich. Der Energieverbrauch wird reduziert, weil die Lötzeit entsprechend verkürzt wird. Die Seitenteile gestatten die Abstützung des Wärmetauschers, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, obwohl sie, wie erwähnt, lediglich an das Kühlnetz angeklebt worden sind, was vor der Erfindung nicht unbedingt zu erwarten war. Diese Funktion wird dadurch unterstützt, dass die Enden der Seitenteile vorzugsweise am Grund der einen Ausnehmung anstoßen bzw. dort abgestützt werden. Vorzugsweise sind die Enden der Seitenteile in den Ausnehmungen nicht weiter befestigt, auch nicht eingeklebt worden, damit das so genannte „Atmen” des Kühlnetzes erfolgen kann. Die im Betrieb auftretenden Vibrationen wurden im Vergleich zu Wärmetauschern mit angelöteten Seitenteilen reduziert, da der Kleber eine dämpfende Wirkung hat. Weitere Merkmale befinden sich in den abhängigen Ansprüchen, auf die hiermit ausdrücklich verwiesen wird. Sie sollen als an dieser Stelle detailliert aufgeführt angesehen werden.
Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher vorgestellt.
1 Ansicht eines Wärmetauschers;
2 Einzelheit der Verbindung der Flachrohrenden und des Endes eines Seitenteils im Sammelkasten;
3 Ansetzen eines Seitenteils in mehreren Phasen des Verfahrens;
4 Einzelheit der Gestaltung der Seitenteile;
5 Querschnitt durch ein am Kühlnetz angeklebtes Seitenteil;
6 Skizze einer Ausnehmung in einem Sammelkasten mit dem Ende eines Seitenteils;
Wie aus der 1 zu sehen ist, weist der Wärmetauscher – im gezeigten Fall handelt es sich um einen Kühlflüssigkeitskühler eines Nutzkraftfahrzeuges – ein Kühlnetz 3 auf. Dieses besteht aus Flachrohren 2 und luftseitigen Wellrippen 1, die zwischen den Flachrohren 2 angeordnet sind. Sowohl die Flachrohre 2 als auch die Wellrippen 1 sind aus extrem dünnem Aluminiumblech hergestellt worden, wie in anderen älteren Anmeldungen bereits gezeigt und beschrieben wurde. Das Kühlnetz 3 wird im CAB-Lötofen gelötet. Anschließend werden die Flachrohrenden 20 in Öffnungen 40 von Sammelkästen 4 aus Kunststoff eingeklebt, wie aus der 2 besser zu sehen ist. Dazu wird zunächst eine schalenförmige Montageplatte 50 mit den Flachrohrenden entsprechenden Öffnungen auf die freien Flachrohrenden 20 des Kühlnetzes 3 aufgeschoben. Auf der Montageplatte 50 befindet sich bereits eine bemessene Menge eines Silikonklebers 5. Dann wird das gelötete Kühlnetz 3 mit seinen Flachrohrenden 20 zunächst in die Öffnungen 40 des Sammelkastens 4 eingeschoben. Dabei wird der auf der Montageplatte 50 befindliche Silikonkleber 5 in die Öffnungen 40 – um die Flachrohrenden 20 herum – eingepresst. Der nunmehr erreichte Zustand ist in der erwähnten 2 erkennbar. Dieses Verfahren wurde in der vorne genannten älteren Anmeldung bereits genauer beschrieben.
Wenn die Klebeverbindung 5 der Flachrohrenden 20 in den Öffnungen 40 ausgehärtet ist, kann mit der Montage der Seitenteile 10 begonnen werden. Ein Ende eines Seitenteils 10 ist ebenfalls in der 2 zu sehen. Es befindet sich in einer Ausnehmung 41 des einen Sammelkastens 4. Im gezeigten Fall handelt es sich um den in der 1 zu sehenden oberen Sammelkasten 4. Das Ende des Seitenteils 10 stößt am Grund 42 der Ausnehmung 41 an und stützt sich dort ab. Wesentlich ist die Abstützung an sich. Diese muss nicht zwangsläufig im Grund 42 der Ausnehmung vorgenommen werden. Die Ausnehmung 41 weist eine Tiefe t auf.
Die Montage der Seitenteile 10 wird folgendermaßen durchgeführt: In dem in der 4 gezeigtem Fall werden zwei Bahnen des Silikonklebers 5 innen auf die Seitenteile 10 über deren gesamte Länge aufgetragen, abgesehen von den Enden der Seitenteile 10, an denen sich kein Silikonkleber 5 befinden muss. Die Seitenteile 10 sind mit einer Reihe von größeren länglichen Löchern 11 ausgestattet, um deren Gewicht zu reduzieren. Sie bestehen im Ausführungsbeispiel aus Stahl, könnten aber auch aus Aluminium oder aus Kunststoff hergestellt sein. Die Seitenteile 10 können extrudierte Profile sein. Dann wird das eine Ende der Seitenteile 10 in die Ausnehmung 41 des in der 1 gezeigten unteren Sammelkastens 4 eingesetzt. Es befindet sich bezüglich des Kühlnetzes 3 dabei in einer gewissen Schräglage, was aus der 3 erkennbar ist, die den Ablauf veranschaulicht, wobei die rechte Darstellung den fertigen Wärmetauscher zeigt. Die Tiefe T der Ausnehmung 41 im unteren Sammelkasten 4 ist größer als die Tiefe t im oberen Sammelkasten 4. (6) Nach dem Einsetzen des einen Endes in die tiefere Ausnehmung 41, wird das Seitenteil 10 in eine etwa parallele Position zum Kühlnetz 3 gebracht, wobei das eine Ende in der tieferen Ausnehmung 41 bleibt. Dabei liegt das Seitenteil 10 mit seiner den Kleber 5 aufweisenden Innenseite bereits am Kühlnetz 3 an, wobei es sich im gezeigten und bevorzugten Fall um die äußere Wellrippe 1 des Kühlnetzes 3 handelt, an der das Seitenteil 10 zur Anlage kommt. Das Seitenteil 10 kann nunmehr parallel zum Kühlnetz 3 bewegt werden, bis auch das andere (obere) Ende des Seitenteils 10 in die Ausnehmung 41 des oberen Sammelkastens 4 eingreift, ohne dass das eine Ende die tiefere (untere) Ausnehmung 41 verlässt. Danach erfolgt das Aushärten der Klebeverbindung 5. In der 2 wurde die eine äußere Wellrippe 1 skizzenhaft dargestellt. Die anderen Wellrippen 1 sind identisch, wurden jedoch lediglich imaginär angedeutet. Es soll erkennbar sein, dass die in 2 links liegenden Biegungen der Wellrippe 1 eine Klebeverbindung mit dem Seitenteil 10 aufweisen. Die rechts liegenden Biegungen der Wellrippe 1 besitzen eine Lötverbindung mit dem angrenzenden Flachrohr 2, da es sich, wie bereits mehrmals betont, um ein gelötetes Kühlnetz handelt. Es gibt verschieden gestaltete Wellrippen 1, solche mit gerundeten Biegungen und schrägen Flanken, wie skizziert, und solche mit abgeflachten Biegungen und vertikalen Flanken (nicht gezeigt). Hier angesprochen sind sämtliche Typen von Wellrippen 1.
Die tiefere Ausnehmung 41 kann auch einen Absatz 43, oder einen Vorsprung oder dergleichen, aufweisen, auf dem sich das eine Ende des Seitenteils 10 abstützen kann, sodass das Seitenteil 10 an seinen beiden Enden abgestützt ist. Dabei korrespondiert die Tiefe t des Absatzes 43 oder des Vorsprunges etwa mit der Tiefe t der Ausnehmung 41 im oberen Sammelkasten 4. (6) An der Außenseite der Seitenteile 10 sind Lagerböcke 15 angebracht worden, um den Wärmetauscher in seiner Betriebsposition abzustützen.
Der Querschnitt gemäß 5 zeigt in einem Ausschnitt ein Kühlnetz 3 welches zwei Reihen von Flachrohren 2 aufweist. Es versteht sich, dass bei solchen Ausbildungen auch die weiter oben bereits beschriebene Montageplatte 50 entsprechend zu gestalten ist, nämlich ebenfalls zwei Reihen von Öffnungen aufweisen muss. Da lediglich der eine seitliche Bereich des Wärmetauschers abgebildet wurde, ist auch nur eines der Seitenteile 10 erkennbar. Das Seitenteil 10 ist, wie an sich bekannt, etwa u-förmig profiliert worden, um dessen Steifigkeit zu verbessern. Das Seitenteil 10 weist jedoch im Übrigen keine Verformungen auf, die zu einem Formschluss zwischen Wellrippe 1 und Seitenteil 10 führen könnten. Auch die Wellrippen 1 sind diesbezüglich nicht besonders ausgebildet worden. Zu sehen sind ferner die beiden Bahnen des Klebers 5 zwischen Seitenteil 10 und äußerer Wellrippe 1. Als Kleber kommt gegenwärtig beispielsweise ein Silikonkleber vorzugsweise vom additionsvernetzenden Typ mit einem niedrigen Speichermodul, im Wertebereich zwischen etwa 0,1–3,0 MPa, in Betracht. Diese Klebeverbindung muss dann unter Wärmeeinwirkung aushärten. Es sind aber auch kondensationsvernetzende Silikonkleber getestet worden, die sich für den vorgeschlagenen Zweck als brauchbar erwiesen haben.
Auf die detaillierte Darlegung der Herstellung der Klebeverbindung, wie Reinigen der Verbindungsstellen, Entfetten, Applizieren des Silikonklebers wurde verzichtet, weil dazu im Prinzip auf bekannte Maßnahmen oder Know-how zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus kann auch bezüglich des Lötens des Kühlnetzes auf den Stand der Technik verwiesen werden.
Es muss als überraschende, d. h., als für den Fachmann nicht zu erwartende Wirkung angesehen werden, dass die Haltbarkeit der Klebeverbindung, auch ohne dass in der Klebeverbindung 5 irgendein zusätzlicher Formschluss angeordnet ist, wie es bei dem eingangs aufgeführten Stand der Technik vorgesehen ist, den robusten Beeinflussungen in einem Kraftfahrzeug standhalten kann. Dies ist auch dadurch möglich geworden, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher etwa 20% leichter als vergleichbare Wärmetauscher ist, unter anderem weil er keine Rohrböden besitzt und weil die Wanddicke der Flachrohre im Bereich von 0,09–0,15 mm liegt, wobei die Wellrippen noch etwas dünner sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3720483 C3 [0002]
- DE 3202901 [0003]
- DE 102008021544 [0004]

Claims

Wärmetauscher mit einem gelöteten Kühlnetz (3), lediglich bestehend aus Flachrohren (2) und luftseitigen Wellrippen (1) zwischen den Flachrohren (2), wobei die Flachrohrenden (20) in Öffnungen (40) von Sammelkästen (4) eingeklebt sind und wobei Seitenteile (10) an beiden Seiten des Kühlnetzes (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (10) wenigstens über einen wesentlichen Teil ihrer Länge an den äußeren Wellrippen (1) lediglich mittels einer Klebeverbindung (5) befestigt sind, wobei ihre Enden in Ausnehmungen (41) der Sammelkästen (4) stecken.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (41) unterschiedliche Tiefe (t) aufweisen.
Wärmetauscher nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (41) in dem oberen Sammelkasten (4) tiefer ist als in dem unteren Sammelkasten (4).
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenteil (10) in die tiefere Ausnehmung (41) einführbar und an das Kühlnetz heranführbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Seitenteils vorzugsweise im Grund (42) der flacheren Ausnehmung (41) anstößt bzw. abgestützt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefere Ausnehmung einen Absatz (43) aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Absatzes etwa der Tiefe der flacheren Ausnehmung (41) entspricht.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Seitenteile (10) in den Ausnehmungen (41) nicht befestigt sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Seitenteilen (10) Lagerböcke (15) angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Kleber ein Silikonkleber, vorzugsweise vom additionsvernetzenden Typ oder vom kondensationsvernetzenden Typ mit einem niedrigen Speichermodul, etwa im Wertebereich von 0,1–3,0 MPa, ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung (5) zwischen den nach außen weisenden Biegungen der Wellrippe (1) und dem Seitenteil (10) angeordnet ist.
Herstellungsverfahren für Wärmetauscher mit folgenden Schritten: Löten eines Kühlnetzes (3), lediglich bestehend aus Flachrohren (2) und Wellrippen (1); Einkleben von vorstehenden Flachrohrenden (20) des gelöteten Kühlnetzes (3) in Öffnungen (40) von Sammelkästen (4); gekennzeichnet durch nachfolgendes Auftragen eines Klebers (5) über wenigstens einen wesentlichen Teil der Länge von Seitenteilen (10); und Ansetzen der Seitenteile (10) an das Kühlnetz (3) sowie Einführen von deren Enden in Ausnehmungen (41) der Sammelkästen (4);
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (10) mit ihrem einen Ende in einer Schrägposition bezüglich des Kühlnetzes (3) in eine Ausnehmung (41) des einen Sammelkastens (4) gesetzt werden, dass die Seitenteile (10) etwa aus der Schrägposition in eine etwa parallele Position zum Kühlnetz bewegt werden, dass die Seitenteile (10) in der etwa parallelen Position soweit bewegt werden, bis sie auch mit ihrem anderen Ende in die andere Ausnehmung (41) des anderen Sammelkastens (10) eingreifen und am Kühlnetz (3) anliegen und dass danach das Aushärten der Klebeverbindung (5) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (10) an den äußeren Wellrippen (1) des Kühlnetzes (3) lediglich angeklebt, das heißt, nicht anderweitig befestigt werden.
Herstellungsverfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende der Seitenteile (10) vorzugsweise im Grund (42) der Ausnehmung (41) zur Anlage gebracht wird.