DE68914736T2

DE68914736T2 - Aluminium-Wärmeaustauscher.

Info

Publication number: DE68914736T2
Application number: DE68914736T
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Hoshino; Hideyuki Kobayashi; Noboru Kodachi; Tutomu Motohashi; Mitsuru Nobusue; Hironaka Sasaki
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2009-05-17
Also published as: EP0351938A3; CA1314538C; EP0351938A2; EP0351938B1; CA1336832C; DE68914736D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkondensators gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP-A-0 255 313 bekannt.
Bei dieser Beschreibung umfaßt der Begriff "Aluminium" eine Aluminiumlegierung. Der Prozentsatz ist ein Gewichtsprozentsatz, es sei denn das Gegenteil ist angegeben.
Es ist im Stand der Technik bekannt, einen Wärmetauscher mit einem Kern, Verteilern und mit an den Verteilern verbundenen Behältern zu herzustellen, wobei der Kern flache, übereinander gestapelte Rohre umfaßt und Rippen zwischen den Rohren sandwichartig angeordnet sind.
Bei der Herstellung solcher Wärmetauscher gibt es viele Verbindungsstellen zwischen den Rohren und den Verteilern und zwischen den Verteilern und den Behältern. Die flüssigkeitsdichten Verbindungsstellen sind für eine Flüssigkeit enthaltende Wärmetauscher wesentlich. Die übliche Praxis ist Löten oder Hartlöten. Hartlöten wird auf verschiedene Weise durchgeführt, beispielsweise bei einer niedrigen Temperatur unter Verwendung eines Schweißbrenners. ieses Verfahren erfordert Zeit und eine große Geschicklichkeit. Insbesondere, wenn ein Flußmittel verwendet wird, um eine starke Verbindungsstelle zu bewirken, ist ein Extraschritt erforderlich, um das Flußmittel zu entfernen. Alternativ wird das Massenlötverfahren unter Vakuum durch Verwendung einer ringförmigen Hartlötsubstanz durchgeführt, die in den vorläufigen Verbindungsstellen zwischen den Verteilern und den Rohren angeordnet wird. Dieses Verfahren erfordert auch Zeit; erstens erfordert es Zeit, die Verteiler und die Rohre vorläufig zusammenzubauen. Zweitens ist das Anordnen einer Hartlötsubstanz zeit- und arbeitsaufwendig. Schließlich erfordern all diese bekannten Verfahren Zeit und Arbeitskräfte, und sie sind keine leistungsfähigen Verfahren.
Die EP-A-0 255 313 offenbart einen Kondensator mit zwei Verteilerrohren, wobei jedes darin eine Quertrennwand aufweist, die in Längsrichtung relativ zueinander versetzt sind, wobei die Seitenabschnitte jedes Verteilerrohrs miteinander nahtverschweißt sind und die Trennwände an die Rohre angelötet sind.
Die FR-A-1 247 748 offenbart einen Radiator mit sich längs erstreckenden Seitenbereichen, die stoßseitig miteinander hartverlötet sind und Endkappen, die auch daran gelötet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für einen Kondensator zu schaffen, der eine Mindestanzahl von Verbindungsstellen zwischen den Verteilern, den Rohren und anderen Bauteilen aufweist, um Zeit und Arbeitskräfte zu sparen, und der leicht und schnell hergestellt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkondensators zur Verwendung bei Klimaanlagen den Zusammenbau einer Vielzahl von flachen Aluminiumrohren parallel zueinander, einer Vielzahl von Aluminiumrippenelementen, die zwischen jeweils zwei benachbarten Aluminiumrohren verteilt sind, eines Paars von Aluminiumverteilern, mit dein jedes Rohr an beiden Enden flüssigkeitsdicht zu verbinden ist, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verteiler zu der Form eines Rohrs aus einem Lötblech geformt wird, das aus einem Kernblech und einer Lötmittelschicht besteht, die auf mindestens der äußeren Oberfläche des Kernblechs aufgebracht ist, wobei Seitenbereiche sich in Längsrichtung erstrecken und miteinander stoßseitig verbindbar sind und Aluminiumkappen mit aufrechten Wandbereichen in engem Kontakt mit der Außenoberfläche jedes Verteilerrohrs an deren Enden angeordnet sind, und die Bauteile, wenn sie vollständig zusammengebaut sind, gleichzeitig zusammen hartverlötet werden zur Bildung des Kondensators.
Die Erfindung wird jetzt beispielsweise mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Vorderansicht, die den Kondensator zeigt,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kondensator,
Fig. 4 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie IV-IV von Fig. 2,
Fig. 5 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie V-V von Fig. 2,
Fig. 6 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab, der die Verbindungsstelle zwischen zwei Verteilern zeigt,
Fig. 7 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab, der eine Deformierung zeigt, die zwischen den verbundenen Verteilern auftritt,
Fig. 8 eine auseinandergezogenen perspektivische Ansicht eines Verteilers und eines Deckels,
Fig. 9 eine teilweise geschnittene Vorderansicht, die den Verteiler und den Deckel zeigt, die miteinander verbunden sind,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, die ein Hartlötblech zeigt,
Fig. 11 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie XI-XI von Fig. 10,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht, die das Hartlötblech von Fig. 10 zeigt, das an gegenüberliegenden Seiten mit Schlitzen zum Einsetzen der Trennwände versehen ist,
Fig. 13 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab, der das Hartlötblech von Fig. 12 zeigt, dessen Enden schräg sind,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht in vergrößertem Maßstab, die das Lötblech von Fig. 13 zeigt, das einen gewölbten Bereich aufweist,
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht in vergrößertein Maßstab, die das Lötblech von Fig. 14 zeigt, dessen gewölbter Bereich Schlitze für das Einsetzen der Rohre aufweist,
Fig. 16 eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab, die die abgeschrägten Ränder der in Fig. 15 gezeigten Schlitze zeigt,
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht, die das Hartlötblech von Fig. 15 zeigt, daß U-förmig gebogen ist,
Fig. 18 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab, der ein modifiziertes Beispiel des Hartlötblechs zeigt, insbesondere die Endbereiche desselben, die zur gegenseitigen Anlage gebracht sind,
Fig. 19 einen Querschnitt, der das Hartlötblech von Fig. 18 zeigt,
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel des Verteilers zeigt, und
Fig. 21 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab, der ein weiteres modifiziertes Beispiel des Hartlötblechs zeigt, insbesondere die Endbereiche desselben, die zur gegenseitigen Anlage gebracht sind.
Mit Bezug auf Fig. 1 bis 5 weist der Kondensator eine Vielzahl von flachen Rohren 1 auf, die übereinander gestapelt sind, gewellte Rippen 2, die sandwichartig zwischen den Rohren 1 angeordnet sind, und Verteiler 3, 4, die an jedem Ende der Rohre 1 so verbunden sind, daß Kühlmittelwege in Zickzackmustern durch die Verteiler 3, 4 und die Rohre 1 gebildet werden.
Die Rohre sind aluminiumextrudiert. Alternativ können sie aus Rohren mit vielen Bohrungen, die üblicherweise harmonikaartige Rohre genannt werden, hergestellt sein. Die Bohrungen schaffen Kühlmittelwege. Oder sie können aus nahtgeschweißten Rohren hergestellt sein. Die gewellten Rippen 2 sind so breit wie die Rohre 1 und damit hartverlötet. Die gewellten Rippen bestehen auch aus Aluminium und sind vorzugsweise auf ihren Oberflächen mit Jalousie-Elementen versehen.
Die Verteiler 3, 4 sind zylindrisch, die Öffnungen 13 aufweisen, um das Einsetzen der Rohre 1 zu gestatten. Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die Rohre 1 eingesetzt in den Öffnungen 13 hartverlötet. Das Bezugs Zeichen 15 bezeichnet Kehlungen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist der linke Verteiler 3 mit einem Einlaß 5 verbunden, durch den ein Kühlmedium eingeführt wird und der rechte Verteiler 4 ist mit einem Auslaß 6 verbunden, durch den das benutzte Kühlmedium nach außen abgeführt wird. Die Verteiler 3, 4 sind mit Kappen 7 bzw. 8 abgedeckt. Der Innenraum des Verteilers 3 ist in zwei gleiche Abschnitte durch eine Trennwand 9 unterteilt. Der Innenraum des Verteilers 4 ist in zwei ungleiche Abschnitte durch eine Trennwand 10 getrennt, die unterhalb der Mitte des Verteilers 4 angeordnet ist. Ein Kühlmedium wird durch den Einlaß 5 in den Verteiler 3 eingeleitet und durch den Auslaß 6 abgeführt. Während das Kühlmedium von dem Einlaß 5 zu dem Auslaß 6 fließt, wird Wärme zwischen dem Kühlmedium und Luft, die durch die gewellten Rippen 2 strömt, ausgetauscht. Die Luft wird durch die gewellten Rippen 2 in der Richtung (W) gemäß Fig. 4 eingeleitet. Auf diese Art kondensiert die Luft. Das verwendete Kühlmedium wird durch den Auslaß 6 abgeführt. Die Bezugszeichen 11 und 12 bezeichnen Seitenplatten, die an den äußersten Rippen 2 befestigt sind.
Mit Bezug auf Fig. 1 und 8, wird jeder Verteiler 3, 4 aus einem Aluminiumhartlötblech 30 hergestellt, das aus einem Kernblech 30a besteht, das mit einer Schicht 30b der Hartlötsubstanz bedeckt ist. Wie in Fig. 13 gezeigt, ist jedes Ende des Hartlötblechs 30 bei 35b', 35b' schräg, die auch mit der Hartlötschicht 30b bedeckt sind. Das Hartlötblech 30 ist zu einem Zylinder gewalzt und seine aneinanderstoßenden, schrägen Enden 35a' und 35b' sind zusammengefügt und miteinander hartverlötet. Die Hartlötsubstanz schmilzt in einer Naht 31, wodurch die Verbindung der zwei Bereiche des Kernblechs 30a bewirkt wird. Die schrägen Enden 35a', 35b' sind vorteilhaft, da, falls die verbundenen Enden dazu neigen, sich aufgrund der durch das Hartlöten erzeugten Hitze zu verschieben, wobei die Endflächen ohne sich von einander trennen gleiten, wie dies in Fig.7 gezeigt ist. Die Enden des Blechs 30 sind auf bekannte Art schräg gestellt wie durch Hämmern oder Pressen.
Ein Verfahren zur Herstellung der Verteiler 3, 4 wird beschrieben:
Das Hartlötblech 30 einer geeigneten Größe wird wie vorstehend beschrieben hergestellt, welches das Kernblech 30a und eine Überzugsschicht 30b umfaßt. Die Hartlötsubstanz kann ein Silicium auf der Basis von Aluminium sein, das etwa 6,0 Gew.- % bis 13 Gew.-% Si enthält.
Dann wird das Hartlötblech 30 mit Schlitzen 34 an gegenüberliegenden Seiten versehen. Die gegenüberliegenden Schlitze 34 werden zu einem Schlitz 14 verbunden, wenn das Hartlötblech 30 zu den Verteilern 3, 4 wie in Fig. 8 gezeigt gewalzt wird. Die Schlitze 14 nehmen die Trennwände 9 und 10 auf.
Der nächste Schritt ist das Formen der schrägen Enden 35a', 35b'. Wie vorstehend beschrieben werden die Enden des Hartlötblechs gehämmert oder gepreßt, so daß der Blechkörper in einer Richtung, wie in Fig. 13 gezeigt, verschoben wird.
In dem nächsten Schritt wird der zentrale Bereich des Hartlötblechs 30 in Längsrichtung gepreßt, um einen gewölbten Bereich 36 wie in Fig. 14 gezeigt zu ergeben. Auf diese Weise weist das Hartlötblech 30 den gewölbten Bereich 36 und zwei horizontale Bereiche 38 auf, die wie Flügel geformt sind, die nachstehend als Flügelbereich bezeichnet werden. Der gewölbte Bereich 36 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 13 versehen, die kreuzweise zum Einsatz der Rohre 1 geformt sind. Die Öffnungen 13 werden mittels eines Stanzgesenks oder eines anderen bekannten Werkzeugs hergestellt. Ein Brechen und Deformieren muß vermieden werden, um die genauen Abmessungen der Öffnungen 13 einzuhalten.
Vorzugsweise ist jede Öffnung 13 abgeschrägt, um ein glattes Einsetzen des Rohrs 1 zu gestatten. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet abgeschrägte Ränder in Fig. 16.
Falls notwendig, wird die Oberfläche des Hartlötblechs 30 abgeflacht. Dann werden die Flügelbereiche 38 wie in Fig. 17 gezeigt gerade gebogen, bis die gesamte Konfiguration einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Schließlich wird das U-förmige Hartlötblech 30 zu einem Zylinder gewalzt, bei dem die aneinanderstoßenden schrägen Enden 35a', 35b' komplementär zur Dicke des Hartlötblechs 30 wie in Fig. 6 zur Anlage gebracht werden.
Die oberen und unteren Enden jedes Verteilers 3 und 4 sind mit Kappen 7 bzw. 8 abgedeckt wie in Fig. 8 und 9 gezeigt. Wie am besten aus Fig. 9 ersichtlich weist jede Kappe 7 und 8 einen aufgerichteten Rand 71 auf, der mit dem Äußeren der Verteiler 3, 4 in flüssigkeitsdichter Berührung steht. Die Kappen 7 und 8 werden nicht nur als Abdeckungen, sondern auch als Verstärkungen verwendet, um die Durchmesser der Verteiler 3, 4 aufrechtzuerhalten, falls sie voraussichtlich aufgrund irgendeiner äußeren Kraft oder Wärme deformiert werden, die übertragen wird, wenn mit dem Hartlöten begonnen wird. Falls die Verteiler 3, 4 sich aufgrund der Wärme verlängern, besteht die Gefahr, daß sich die Naht 31 zwischen den aneinanderstoßenden Enden 35a' und 35b' trennt. Die Kappen 7, 8 verhindern jedoch, daß sich die Verteiler 7, 8 über ihren Durchmesser hinaus verlängern. Außerdem schützen die Kappen 7 und 8 die Verteiler 3, 4 gegen einen möglichen Bruch aufgrund des Aufbaus eines in dem Kondensator auftretenden Innendrucks. Der Innendruck konzentriert sich voraussichtlich auf die Endbereiche der Verteiler 3, 4, aber die Kappen 7 und 8 schützen die Verteiler 3, 4 vor einer Deformierung. Jede Kappe 7, 8 hat einen dicken Boden 72, um den Boden zu verstärken, und eine sich verjüngende Seitenwand 73, deren Dicke fortschreitend in Richtung auf das obere Ende abnimmt, so daß es keine Stufe zwischen der Außenwand des Verteilers 3, 4 und der Kappe 7, 8 gibt, was das Aussehen des Wärmetauschers verbessert.
Vorzugsweise sind die Rippen 2 auch aus Hartlötblechen hergestellt, d.h. einem Kernblech, dessen Oberfläche mit einer Hartlötsubstanz überzogen ist, so daß die Rippen 2 in einem Arbeitsgang mit den Rohren 1 verbunden werden können, wie nachstehend beschrieben wird.
Bei der Herstellung eines Kondensators werden die Rohre 1 in die Schlitze 13 der Verteiler 3, 4 eingesetzt, und die Trenn-Wände 9, 10 werden in die Schlitze 14 eingesetzt. Dann werden die gewellten Rippen 2 zwischen einem Rohr und dem nächstes angeordnet, und die Seitenplatten 11, 12, werden an den jeweiligen äußersten Rippen befestigt. Auf diese Weise werden die Rohre, die Verteiler, die Rippen und die Seitenplatten vorläufig zusammengebaut. Dann wird mit dem Massenhartlöten begonnen, in dem die vorläufige Anordnung in einen Ofen verbracht wird, um gleichzeitig eine permanente Verbindung zwischen ihnen zu bewirken.
Die offenen Enden der Verteiler 3, 4 sind mit den Kappen 7, 8 abgedeckt. Die Nähte 31 der Verteiler 3, 4 sind durch Auskehlungen 15 flüssigkeitsdicht gemacht.
Bei der vorstehenden Ausführungsform hat das Hartlötblech 30 schräge Enden 35a', 35b'. Alternativ kann das Hartlötblech abgestufte Enden 35a'' und 35h'' wie in Fig. 19 gezeigt aufweisen. Die abgestuften Enden 35a'' und 35b'' des Blechs 30' werden aneinandergestoßen, um zu der Dicke des Hartlötblechs 30' wie in Fig. 18 gezeigt komplementär zu sein. Die abgestuften Enden 35a'' und 35b'' können auf bekannte Weise wie mittels einer Presse oder eines Hammers gebildet werden. In den Fig. 18 und 19 bezeichnen die Bezugszeichen 30a', 30b' und 31' ein Kernblech wie ein Aluminiumblech, eine Hartlötsubstanzschicht bzw. eine Naht.
Fig. 21 und 22 zeigen eine weitere Modifikation des Hartlötblechs, die dadurch gekennzeichnet ist daß ein Ende 43 des Hartlötblechs in der Form eines Hakens gebogen ist und das andere Ende in der Form des Buchstabens L gebogen ist, welcher aus einem ersten Schenkel 40 und einem zweiten Schenkel 41 besteht. Der erste Schenkel 40 und der zweite Schenkel 41 bilden eine Stufe 42, welche es dem anderen Ende 43 gestattet, darauf zu liegen. Die beiden gebogenen Enden werden aneinandergestoßen und in einer komplementären Weise wie in Fig. 21 gezeigt verbunden. Der Vorteil dieser Konfigurationen der Enden ist, daß falls die Verteiler 3, 4 aufgrund der mit dem Hartlöten verbundenen Wärme weich werden und sich verlängern, wie durch die strichpunktierten Linien in Fig. 21 gezeigt, der erste Schenkel 40 und der Bereich 43 sich zusammen unter Aufrechterhaltung der Naht 31 verlängern. In den Fig. 20 und 21 bezeichnen die Bezugszeichen 30a'', 30b'', 13'' und 14'' ein Kernblech, die Hartlötsubstanzschicht, Schlitze zum Einsetzen der Rohre und die Trennwände 9 und 10.
Bei der Veranschaulichten Ausführungsform sind die Verteiler 3, 4 mit einer Hartlötsubstanz auf beiden Oberflächen überzogen, sie können jedoch auch nur auf einer Oberfläche überzogen sein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumkondensators zur Verwendung bei Klimaanlagen, das den Zusammenbau einer Vielzahl von flachen Aluminiumrohren (1), die parallel zu einander sind, einer Vielzahl von Aluminiumrippenelementen (2), die zwischen jeweils zwei benachbarten Aluminiumrohren (1) verteilt sind, eines Paars Aluminiumverteiler (3, 4) umfaßt, an denen jedes Rohr an beiden Enden flüssigkeitsdicht zu verbinden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verteiler zu der Form eines Rohrs aus einem Lötblech (30) geformt wird, das aus einem Kernblech (30a) und einer Lötmittelschicht (30b) besteht, die auf mindestens der Außenoberfläche des Kernblechs aufgebracht ist, wobei Seitenbereiche sich in Längsrichtung erstrecken und miteinander stoßverbindbar sind und Aluminiumkappen (7, 8) mit aufrechten Wandbereichen (71) in engem Kontakt mit der Außenoberfläche jedes Verteilerrohrs (3, 4) an deren Enden angeordnet sind und die Bauteile, wenn sie vollständig zusammengebaut sind, gleichzeitig zur Bildung des Kondensators untereinander hartverlötet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Längsrichtung erstreckende Seitenbereiche gebildet werden, um entsprechende schräge oder abgestufte Formen haben, die eng aneinander gestoßen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen oder abgestuften Seitenbereiche jeweils mit einer Hartlötschicht überzogen werden, um untereinander hartverlötet zu werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenbereiche jedes Verteilerrohrs ausgebildet ist, um einen gebogenen Bereich und einen zurückgebogenen Bereich aufzuweisen, der sich davon zur Bildung eines abgestuften Bereichs erstreckt und der andere Seitenbereich mit einem gebogenen Bereich ausgebildet ist, der nach oben in solch einer Richtung gebogen ist, um den abgestuften Bereich innerhalb des Verteilerrohrs zu erfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kappe einen Boden aufweist, der dünner ist als der aufrechte Wandbereich.