Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von Wärmetauschern, insbesondere zur Her stellung von Wärmetauschern für Kraftfahrzeug-Küh- ler und dergleichen.
Die Herstellung derartiger Gegenstände war bis her zeitraubend und kostspielig und bedingt den Zu sammenbau einer grossen Anzahl einzelner Blech körper zusammen mit dem zum Wärmetausch dienen den Rippenmaterial, das zwischen einander benach barten Blechkörpern eingesetzt ist. Dann wird die Anordnung auf geeignete Weise zusammengesetzt, wobei die Enden der Blechkörper in geeignete Ver teiler- oder Sammelrohre eingesetzt werden. Es ist zwar verschiedentlich versucht worden, die Her stellung derartiger Einrichtungen zu vereinfachen, doch haben diese Versuche die verschiedenartigen komplexen Probleme, die bei der Herstellung dieser Einrichtungen auftreten, nur noch deutlicher auf gezeigt.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Vereinfachung der Her stellung solcher Wärmeaustauscher, wobei ein Wärmeaustauscher aus einem einzigen, im wesent lichen flachen Blechkörper hergestellt werden kann.
Weiters bezweckt die Erfindung die Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens, das zur raschen Massenfertigung von Wärmetauschern mit abwech selnden Rippen- und Blechlagen geeignet ist und eine Vereinfachung der bisherigen komplizierten Ar beitsgänge ermöglicht, die derzeit b--i der Herstellung von Wärmetauschern für Radiatoren und dergleichen verwendet werden.
Die Erfindung ist anschliessend an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt Fig. 1 in einer Draufsicht einen mit einem Muster von schweissungsverhinderndem Material versehenen Blechkörper. . Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht eine Vorrichtung, die zum Biegen des Blechkörpers nach Fig. 1 in Schlangenlinienform verwendet werden kann, welcher Körper mit Verbindungsstegen und Rippen vereinigt wird.
Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungs form von Verbindungsstegen.
Fig. 4 erläutert in einer Draufsicht den Zusam menbau der Verbindungsstege nach Fig. 3 mit dem Blechkörper.
Fig. 5 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungs form einer innigen Verbindung zwischen dem auf geweiteten Blechkörper und den Rippen nach Fig. 2.
Fig. 6 zeigt in einer Draufsicht eine andere Form einer innigen Berührung zwischen dem aufgeweiteten Blechkörper und den Rippen nach Fig. 2.
Fig.7 zeigt in einer Draufsicht einen Wärme tauscher, der aus der Halte- und Verformungsein- richtung nach Fig.2 herausgenommen worden ist, nachdem die beim schlangenlinienförmigen Biegen des Blechkörpers gebildeten U-Bögen abgeschnitten worden sind.
Fig. 8 zeigt die Anordnung nach Fig.7 längs der Linie VIII-VIII gesehen.
Fig. 9 zeigt eine andere erfindungsgemässe Aus führungsform zum Offenhalten der Kanäle in den U-Bögen.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt nach der Linie X-X der Fig. 9.
Fig. 11 zeigt im Schaubild eine andere Aus führungsform der Erfindung zur Herstellung eines plattierten Blechkörpers, und Fig. 12 zeigt in einer Stirnansicht die geschweisste Ausführungsform nach Fig. 11 mit einem Überzug aus einer Hartlötlegierung.
Fig. 1 zeigt ein Blech 1, beispielsweise aus Alu minium, Aluminiumlegierungen, Kupfer oder Kupfer- legierungen oder aus Eisenlegierungen, vorzugsweise aus einer Legierung von folgender Zusammensetzung: 93,1/o Kupfer, 2,3319/o Eisen, Rest Zink, auf dessen reine Oberfläche ein Muster aus schweissungsver- hinderndem Material aufgebracht wird, das dem ge wünschten Muster der Kanäle in dem Blechkörper entspricht.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet ein Teil des schweissungsverhindernden Ma terials die beim nachfolgenden Biegen des Blech körpers in eine schlangenlinienförmige Gestalt in den geraden Strecken erhaltenen Kanäle 2. Diese Strecken gehen an ihren Enden in Teile 3 und 4 über, die anschliessend in dem fertigen Gebilde einen einzigen, relativ grossen Hohlraum bilden. Der sich von den gewünschten geraden Teilen des schlangen- linienförmig gebogenen Blechkörpers weg erstrek- kende Teil 4 bildet den in den U-Bögen gewünschten Hohlraum.
Der Teil 4 wird in mehrere kleinere Kanäle 5 unterteilt, um eine Unterbrechung des Drucks des Mediums während des Biegens des Blech körpers und dem folgenden Aufweitvorgang zu ver hindern. Das eine Ende des Bleches 1 ist mit einem Streifen aus schweissungsverhinderndem Material 6 versehen, der sich von dem beschriebenen Muster des schweissungsverhindernden Materials zum Rand des Bleches 1 erstreckt. Dieses Muster aus schwei- ssungsverhinderndem Material bildet schliesslich die Kanäle des aufgeweiteten Blechkörpers.
Jene Teile des Bleches 1, auf denen Streifen 2 aus schweissungsverhinderndem Material vorgesehen sind, bilden die geraden Strecken eines anschliessend gebogenen schlangenlinienförmigen Blechkörpers. Diese Strecken erstrecken sich zwischen den Stellen 7 und B. An diesen Stellen werden in einem späteren Arbeitsgang Verbindungsstege 9 montiert. In der vorliegenden Ausführungsform sind in der Längs richtung zwei Muster oder Streifen aus schweissungs- verhinderndem Material 2 vorgesehen.
Es versteht sich aber, dass der zwischen den Punkten 7 und 8 gelegene Teil der Streifen 2 zusammen mit den Streifen aus schweissungsverhindendem Material 5 so oft wie derholt werden kann, wie dies je nach der Anzahl der nach dem Biegen des Blechkörpers in Schlangen linienform erwünschten Anzahl von Biegungen er wünscht ist. Gemäss Fig. 1 kann das beschriebene Muster der Kanäle an seinen Enden mit Flächen aus schweissungsverhinderndem Material 3 bzw. 10 in Verbindung stehen. Zum leichteren Aufweiten des Blechkörpers kann die Fläche 3 ferner durch einen Streifen von schweissungsverhindemdem Ma terial 6 bis zum Rand des Bleches 1 fortgesetzt werden.
Wie vorstehend erwähnt, versteht es sich, dass beim Herstellen des Blechkörpers durch Druck schweissen zweier aufeinanderliegender Bleche, zwi schen denen schweissungsverhinderndes Material an geordnet ist, das Auftragmuster je nach den For derungen gewählt werden kann, die durch den be absichtigten Verwendungszweck des erfindungsgemäss erhaltenen fertigen Gebildes gegeben sind. Beispiels weise kann einer oder können mehrere Streifen 2 aus schweissungsverhinderndem Material vorgesehen sein, die sich in der Längsrichtung des Bleches 1 schlangenlinienförmig erstrecken.
Das Muster des schweissungsverhindernden Materials kann aber auch die Form von untereinander verbundenen Kanälen aufweisen und nach dem Verfahren hergestellt wer den, das in der USA-Patentschrift Nr. 2 690 002 ausführlicher beschrieben ist.
Eine Fläche eines zweiten Blechs wird auf die mit dem schweissungsverhindernden Material ver sehene Fläche des Bleches 1 aufgelegt. Dann werden die beiden Bleche beispielsweise durch Punktschwei ssen oder auf jede andere geeignete Weise, beispiels weise durch Helium - Lichtbogenschweissung der Blechränder, zusammengeheftet, um ein Verrutschen der einander benachbarten Flächen der übereinander liegenden Bleche während eines späteren Schweiss vorganges zu verhindern. Zur Verhinderung des Zu sammenschweissens der überzogenen Flächen wäh rend des Schweissvorganges kann jedes geeignete schweissungsverhindernde Material verwendet wer den, beispielsweise Graphit in Wasserglas.
Die zusammengesetzte Anordnung wird dann auf die Schweisstemperaturen für die oben angegebene spezielle Zusammensetzung erhitzt, beispielsweise etwa 20 Minuten lang auf eine Temperatur von 496 C. Dann wird sie durch Walzen geführt, in denen die Bleche an den einander benachbarten Flächen, die nicht durch schweissungsverhinderndes Material getrennt sind, miteinander verbunden bzw. verschweisst werden. Beim Walzen wird die zusam mengesetzte Anordnung in ihrer Dicke herabgesetzt und in der Walzrichtung gestreckt.
Die geschweisste Anordnung kann dann auf die gewünschte Stärke kaltgewalzt und dann zur Beseitigung der Kaltver- formungsspannungen geglüht werden, damit die Bild samkeit des Metalls bei dem Aufweitvorgang erhöht wird. Das so erhaltene geschweisste Gebilde stellt den Blechkörper zur Herstellung des Wärmeaus- tauschers dar.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf Blechkörper beschränkt ist, die nach dem vorstehend beispielsweise beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. Die Erfindung ist auch auf in anderer Weise hergestellte Blechkörper anwendbar, beispiels weise kann der Blechkörper aus einem Blechstreifen durch Falten desselben längs seiner Längsmittellinie hergestellt werden, wodurch die Seitenränder zu sammengebracht werden, die dann nach einem be liebigen bekannten Verfahren, beispielsweise durch Schweissen, Hartlöten oder dergleichen, miteinander verbunden werden.
Man kann den gefalteten Streifen auch zwischen den Seitenrändern des gefalteten Strei fens weiter punkt- oder nahtschweissen, um in dem später aufgeweiteten Gegenstand ein gewünschtes Muster von Kanälen auszubilden.
Aus einem besonderen Stück Blech, das aus dem selben oder einem anderen Material wie der Blech körper bestehen kann, wird ein Trag- und Ver bindungssteg 9 gebildet, indem das Blech mit mehreren geeignet ausgebildeten Ausnehmungen 11 ver sehen wird, mit denen der Steg auf den schlangen- linienförmigen Blechkörper aufgesetzt werden kann. Diese Ausnehmungen sind so ausgebildet, dass ihre Ränder an den Punkten 7 und 8 eine innige Be rührung zwischen den später aufgeweiteten Rohr wandungen und dem Steg herstellen.
Im allgemeinen sind an jedem Endteil 7 und 8 der zwischen den U-Bögen angeordneten geraden Strecke eines schlan- genlinienförmig gebogenen Blechkörpers zwei der artige Stege oder Kämme vorgesehen. Dies geht besser aus dem mittleren Teil der Fig. 1 hervor. Der Steg 9 wird zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Strecken an den Enden der durch das schweissungsverhindernde Material gebildeten Kanäle angeordnet, und zwar zwischen je zwei der durch die Streifen 5 voneinander getrennten Stellen 7 und B.
Der Verbindungssteg wird dann auf eine beliebige geeignete Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Schlit zes, in einer Schablone 12 derart angeordnet, dass die Ausnehmungen 13 des Stegs nach oben gekehrt sind. Dann wird der Blechkörper so in die Schablone 12 eingeführt, dass die Blechstrecken in die Aus- nehmungen 11 des Steges 9 gelangen, wobei eine schlangenlinienförmige Anordnung entsteht. Die Schablone hat eine Grundplatte 14 mit mehreren aufwärtsgerichteten Bolzen 15, die gegeneinander versetzt parallel angeordnet sind und um die der Blechkörper, wie vorstehend erwähnt, in Schlangen linien herumgelegt wird.
Ferner sind an der Grund platte 14 zwei aufwärtsgerichtete Anschlagplatten 16 befestigt, die an den äussersten Teilen der Strecken des gebogenen Blechkörpers angreifen, um die Ver schiebung der äussersten Strecken während ihrer Aus dehnung zu begrenzen. Es versteht sich, dass die Blechstrecken gemäss Fig.2 gerade und einander parallel sind, dass aber weitere Bolzen verwendet werden können, mit deren Hilfe die Strecken des schlangenlinienförmig angeordneten Blechkörpers 17 gegebenenfalls gewellt werden.
Nach dem Einführen des Blechkörpers 17 in die Schablone 12 wird im Bereich jedes Steges 9, in den der Blechkörper 17 vorher eingesetzt wurde, ein zweiter Verbindungs- und Tragsteg 9 auf dem Blech körper montiert. Fig.4 erläutert die Montage von zwei Stegen 9 auf einer geraden Strecke aus Blech körpern 17, die hier als die äusserste Strecke ange nommen ist. Zwei Stege 9, die im Abstand vonein ander parallel angeordnet sind, wobei die Teile 13 der Ausnehmungen 11 einander zugekehrt sind, wer den so gegeneinander bewegt, dass der Blechkörper 17 mit den Teilen 13 der Ausnehmungen 11 in Berüh rung kommt. Nach der Montage der Stege 9 werden diese vorzugsweise so bewegt, dass sie nahe bei einander liegen bzw. einander berühren.
Zwischen einander benachbarten geraden Strek- ken des schlangenlinienförmigen Blechkörpers 17 sind mehrere gewellte Rippen 18 vorgesehen. Die Rippen können aus relativ dünnem Blech bestehen, das im wesentlichen dieselbe Breite hat wie der Blechkörper und aus derselben oder einer anderen Legierung besteht wie der Blechkörper. Die Rippen können dadurch gebildet werden, dass Metallstreifen zick- zackförmig gebogen und dann zwischen einander benachbarten geraden Strecken des Blechkörpers 17 eingesetzt werden.
Es versteht sich, dass die Rippen gegebenenfalls perforiert oder in den geraden Teilen so gestanzt werden können, dass zusätzliche Durch- lässe für die Umluft geschaffen werden.
Nach dem Zusammenbau der verschiedenen Be standteile in der Schablone 12 wird über die Leitung 19 ein geeignetes Medium unter einem solchen Druck in den Blechkörper 17 eingeleitet, dass der Blech körper in dem mit dem schweissungsverhindernden Material versehenen Bereich erweitert und satt gegen die Rippen 18 gedrückt wird und dass die Wandungen der ausgeweiteten Kanäle satt in den Ausnehmungen 11 der Stege 9 sitzen.
Die Querschnittsfläche des auf diese Weise erhaltenen aufgeweiteten Blechkör pers ist nicht nur von dem Druck des eingeführten Mediums, sondern auch von dem verwendeten Muster des schweissungsverhindernden Materials und von der Festigkeit des Rippenmaterials abhängig. Wenn das Rippenmaterial beispielsweise eine solche Festigkeit hat, dass es durch den angewendeten Druck des Mediums nicht verformt wird, dann bilden die Rän der der Rippen Einkerbungen 20 in der Wandung des aufgeweiteten Blechkörpers.
Wenn das Rippen material dagegen so verformt ist, dass es durch den Druck des eingeführten Mediums verformt wird, dann nehmen die Rippen an dem mit dem aufgewei- teten Teil in Berührung stehenden Bereich eine bogenförmige Gestalt an, so dass an den geraden Strecken des Blechkörpers gekrümmte Rippen strecken 21 gebildet werden.
Nach dem Aufweiten der aus dem Blechkörper, den Rippen und den Verbindungsstegen bestehenden zusammengesetzten Anordnungen kann das auf diese Weise erhaltene Gebilde auf geeignete Weise mit einem Lötmaterial oder einer Hartlötlegierung einer beliebigen geeigneten Art überzogen werden, bei spielsweise mit Kupfer, Silber oder einer Nickel- Chrom-Legierung. Vorzugsweise wird das Lötma- terial bzw, die Hartlötlegierung jedoch vor der Ein führung in die Schablone 12 auf die Aussenseite des Blechkörpers und(oder der Rippen und der Stege aufgebracht.
Nach dem Aufweiten des Blechkörpers werden die satt aneinanderliegenden Teile in einen geeigneten Ofen eingebracht und zum Erweichen des Lötmaterials erhitzt. Die Ofentemperatur muss so hoch sein, dass das Verbindungsmaterial, beispiels weise das Lötmaterial oder die Hartlötlegierung, an der Aussenseite des mit ihm versehenen Bestand teils schmilzt und zum Fliessen kommt und die Rip pen und Verbindungsstege beispielsweise durch Hart löten mit dem Blechkörper verbindet. Die aus den vereinigten Bestandteilen bestehende Anordnung wird dann dem Ofen entnommen und abgekühlt.
Der Druck des zum Aufweiten des Blechkörpers eingeleiteten Mediums kann vor der durch die Er- hitzung bewirkten Verbindung der Bestandteile weg genommen werden. Vorzugsweise wird das Medium jedoch während des Verbindungsvorganges mittels des Ventils 22 unter Druck in dem Blechkörper eingeschlossen. Der Druck kann dann nach dem Abkühlen der Anordnung weggenommen werden. Es versteht sich ferner, dass die zusammengesetzte An ordnung gleichzeitig mit dem Aufweiten des Blech körpers auf die zum Schmelzen des Verbindungs materials erforderliche Temperatur erhitzt werden kann.
Das Verbindungsmaterial kann nicht nur aus einem Lötmaterial oder einer Hartlötlegierung, son dern auch aus Einsätzen bestehen, die an den Be rührungsstellen zwischen den verschiedenen Bestand teilen in geeigneter Weise angeordnet werden können.
Nach dem Aufweiten und Verbinden wird das aufgeweitete, innendruckentlastete Gebilde einem Schneidevorgang unterworfen, durch den die U-Bögen 23 des aufgeweiteten Blechkörpers 24 abgetrennt werden. Dies ist in Fig.7 dargestellt. Der Schneidevorgang kann durchgeführt werden, während das aufgeweitete Gebilde noch in der Scha blone 12 angeordnet oder nachdem es aus dieser entfernt ist. Die U-Bögen 23 des aufgeweiteten Gebildes können mit dem Verbindungssteg bündig abgeschnitten werden.
Vorzugsweise werden sie je doch so abgeschnitten, dass sich die parallelen Strecken 26 ein kleines Stück, etwa 0,25 mm, über die Verbindungsstege 9 hinaus erstrecken. Man er hält auf diese Weise ein mit den Kernen der üblichen Radiatoren vergleichbares Gebilde, das eine Öffnung 27 hat, die von dem Teil des schweissungsverhindern- den Materials 3 gebildet wird und in mehrere kleinere Kanäle 28 unterteilt ist, die von dem Bereich 2 des schweissungsverhindernden Materials gebildet werden.
Nach dem Schneidevorgang können an den Ver bindungsstegen 9 geeignete Anschlüsse für Sammel- oder Verteilerrohre an dem oberen und unteren Ende des erhaltenen Wärmeaustauschers vorgesehen werden.
In Fig. 9 und 10 ist ein anderes Verfahren für das Aufbringen der Streifen 5 des schweissungs- verhindernden Materials in Fig. 1 dargestellt, das dazu dient, ein Eindrücken der Kanäle in den U-Bögen des schlangenlinienförmigen Blechkörpers während des Aufweitens und damit ein Schliessen und eine Unterbrechung dieser Kanäle für das Druckmedium zu verhindern.
In dieser Ausführungs form ist das druckgeschweisste Gebilde 30 mit zwei nicht miteinander verbundenen, parallelen Längs bereichen 29 ausgebildet, in denen eingelegte bieg same Drähte 31, beispielsweise aus Messing, sich über die ganze Länge des Gegenstandes 30 er strecken, so dass beim Biegen des Gegenstandes 30 in Schlangenlinienform der Druck über die ganze Einheit wirksam wird und sich keine den Radius der U-Bögen verkleinernden Metallfalten bilden können.
Es versteht sich, dass bei Bildung des Blech körpers durch Zusammenschweissen von schwei- ssungsverhinderndes Material enthaltenden Metall streifen je nach dem gewünschten Verwendungszweck des erfindungsgemäss hergestellten Wärmeaustau- schers verschiedene Metallkombinationen verwendet werden können. Beispielsweise kann das schwei- ssungsverhindernde Material 32 zwischen zwei ein ander benachbarten Blechen 33 gleichen Materials wie Aluminium angeordnet werden, die übereinander gelegt und dann mit zwei weiteren Blechen 34 z. B. aus Aluminium plattiert werden.
Nach dem Zusam mensetzen der Bestandteile werden diese auf geeig nete Weise aneinandergeheftet, beispielsweise durch Punktschweissung, auf die Schweisstemperatur erhitzt und nach dem vorstehend an Hand der Fig. 1 er läuterten Verfahren geschweisst. Der auf diese Weise erhaltene Blechkörper 35 kann dann mit einer ge eigneten Hartlötlegierung 36 überzogen und dann wie vorstehend beschrieben in Schlangenlinienform gebogen und mit den verschiedenen anderen Be standteilen zusammengesetzt und nach dem an Hand der Fig.l bis 8 beschriebenen Verfahren aufge- weitet werden.