DE10106510A1 - Aluminium-Wärmeübertrager - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Flachrohrölkühler (1) für Kraftfahrzeuge, in gelöteter Aluminium-Bauweise mit Gewindeanschlußstutzen (6) für den Ein- und Auslaß des zu kühlenden Mediums, vorzugsweise Getriebeöl. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der Anschlußstutzen (6) 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, insbesondere einen
Flachrohr-Ölkühler für Kraftfahrzeuge, in gelöteter Aluminiumbauweise mit
Gewindeanschlußstutzen für den Ein- und Auslaß des zu kühlenden
Mediums, vorzugsweise Getriebeöl.
Ein derartiger Wärmeübertrager wurde durch die EP-A 0 866 300 der
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-A 5,121,790
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
Fig. 1 einen Flachrohr-Getriebeölkühler in einer Ansicht von vorn,
Fig. 1a den Getriebeölkühler nach Fig. 1 in einer Ansicht von unten,
Fig. 1b den Getriebeölkühler nach Fig. 1 in einer Ansicht von der Seite,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Anschlußstutzen des Getriebeölkühlers
in vergrößerter Darstellung und
Fig. 3 ein Detail der Gewindebuchse mit Schneidrippe.
Fig. 1 zeigt einen Getriebeölkühler 1, der aus einem Stapel von einzelnen
Flachrohren 2 besteht, welche endseitig durch einen Falz 3 verschlossen
sind. Innerhalb der Flachrohre 2 sind Turbulenzbleche 4 angeordnet, die für
eine Verwirbelung des Öls und damit für einen verbesserten
Wärmeübergang sorgen. Zwischen den einzelnen Flachrohren 2 sind
weitere Turbulenzbleche 5 vorgesehen, die eine Verbesserung des
Wärmeübergangs auf der Außen-, das heißt der Kühlmittelseite bewirken.
Der Ölkühler 1 weist zwei Anschlußstutzen 6 und 7 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 Linie
8 markiert die Ebene, an welcher der Getriebeölkühler 1 auf der Innenseite
des nicht dargestellten Kühlmittelkastens anliegt und befestigt ist. Das
Getriebeöl tritt also beispielsweise durch den Eintrittsstutzen 6 in den
Ölkühler ein, durchströmt die einzelnen Flachrohre 2 parallel und verläßt
den Ölkühler 1 wieder durch den Austrittsstutzen 7. Die Außenseiten der
Flachrohre 2 werden vom Kühlmittel beaufschlagt, welches den
Kühlmittelkühler durchströmt. Die Teile 2, 3, 4, 5 bestehen aus einer
Aluminiumlegierung, die hartlötbar ist. Die Ausbildung der Stutzen 6 und 7
(beide sind gleich) wird im Folgenden anhand der Fig. 2 beschrieben.
Die Fig. 1a und 1b zeigen den Getriebeölkühler 1 in einer Ansicht von unten
bzw. einer Ansicht von der Seite.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Stutzen 6 in vergrößerter
Darstellung mit einem Teil des Getriebeölkühlers 1. Der Anschlußstutzen 6
ist zweiteilig aufgebaut, das heißt er besteht einerseits aus einem
Gewindestutzen 8, welcher aus Edelstahl hergestellt ist, und aus einem
Befestigungsring 9, welcher aus einer lötbaren Aluminiumlegierung
hergestellt ist. Beide Teile 8 und 9 sind drehfest und dicht miteinander
verbunden, wie im Folgenden noch erläutert wird. Zwischen der Stirnfläche
10 des Anschlußstutzens 6 und der Außenfläche 11 des Ölkühlers 1 ist eine
Lotscheibe 12 angeordnet, welche aus einer Aluminiumlegierung als
Grundwerkstoff besteht und beidseitig mit einer Lotlegierung plattiert ist.
Diese Lotscheibe 12 ist für die Verlötung des Befestigungsringes 9 mit dem
Ölkühler 1 vorgesehen. Andere Verlötungsmittel wären auch möglich, z. B.
eine Plattierung der Außenfläche 11 des Ölkühlers 1 mit einer Lotlegierung,
die dann eine Verlötung mit dem Befestigungsring 9 ermöglicht. Der Einbau
des Ölkühlers 1 in einen vollständig nicht dargestellten Kühlmittelkasten
eines Kühlmittelkühlers ist teilweise und gestrichelt dargestellt: Der
Befestigungsring 9 weist eine Stirnfläche 13 mit einer ringförmigen Nut 14
auf, die der Aufnahme eines O-Ringes 15 dient. Diese Stirnfläche 13 liegt an
der Innenseite 16 der Kunststoffwandung 17 (gestrichelt) eines nicht
dargestellten Kühlmittelkastens an (die Fläche 16 entspricht der Ebene 8 in
Fig. 1). Der Anschlußstutzen 6 weist einen Gewindeabschnitt 18 auf, der
sich durch eine Öffnung 19 in der Wandung 17 nach außen erstreckt. Über
diesen Gewindeabschnitt 18 wird eine Befestigungsmutter 20 geschraubt,
welche den Ölkühler 1 an der Wandung 17 befestigt und gleichzeitig über
den O-Ring 15 abdichtet. Der über die Befestigungsmutter 20 nach außen
vorstehende Teil des Gewindeabschnittes 18 dient der Befestigung einer
nicht dargestellten Rohrverschraubung für die Zu- oder Abfuhr des
Getriebeöls. Aus dieser Montagebeschreibung wird deutlich, daß
beispielsweise beim Anziehen der Befestigungsmutter 20 ein Drehmoment
auf den Gewindestutzen 8 ausgeübt wird, welches abgestützt werden muß -
dies geschieht über die Verbindung zwischen Gewindestutzen 8 und
Befestigungsring 9 durch jeweils einen zylindrischen Sitz 21 und 22. Das
härtere der beiden Teile, das heißt der Edelstahlgewindestutzen weist an
seiner Umfangsfläche 21' (dies ist als Einzelheit III in Fig. 3 dargestellt) eine
zahnförmige Rändelung oder eine Kerbverzahnung 23 auf (Fig. 3); eine
ähnliche Rändelung bzw. Kerbverzahnung 24 ist für den zylindrischen Sitz
22 auf der Fläche 22' vorgesehen. Bei der Montage des Befestigungsringes
9 in axialer Richtung gräbt sich die Kerbverzahnung 23 und 24 in die
entsprechenden Umfangsflächen des weicheren Werkstoffes Aluminium,
d. h. in den Befestigungsring 9, 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 Ölkühler 1 zu übertragen. Darüber hinaus müssen
die beiden Teile 8 und 9 im Bereich des zylindrischen Sitzes 21 und 22 auch
abgedichtet werden. Dies geschieht durch eine in Fig. 3 dargestellte
umlaufende Schneidkante 25, die sich über eine Planfläche 26 eines
ringförmigen Bundes 27 in axialer Richtung erhebt. Beim Zusammenfügen
der Teile 8 und 9 wird diese Schneidkante 25 in die gegenüberliegende
Fläche einer ringförmigen Stufe 28 an dem Befestigungsring 9
hineingedrückt. Damit wird eine hinreichende Abdichtung beider Teile 8 und
9 erreicht, bevor der gesamte Anschlußstutzen 6 mit dem Ölkühler 1 verlötet
wird. Zusätzlich zu dieser Dichtmaßnahme 25 kann im Bereich des
zylindrischen Sitzes 21 und 22 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 Vertiefung 29,
welche sich im Bereich des zylindrischen Sitzes 22 befindet. Ein solches
Dichtmittel wird in flüssiger Form aufgebracht, dringt dann in den
zylindrischen Sitz 22 ein, härtet anschließend aus und bewirkt somit eine
Abdichtung beider Teile 8 und 9.
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)
1. Wärmeübertrager, insbesondere Flachrohrölkühler für Kraftfahrzeuge, 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.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Edelstahlteil aus einer Gewindebüchse (8) besteht, die drehfest und
dicht mit dem Aluminiumteil (9) verbunden ist.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dichtmittel lötbar ist.
10. 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.
11. 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.
12. Wärmeübertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dichtmittel ein aushärtendes Epoxydharz ist, welches nach dem
Lötprozeß aufgebracht wird.
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