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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verlöteten Aufbau
und ein Verfahren zur Herstellung desselben, welcher beispielsweise
auf Verbindungsabschnitte zwischen einem Sammlertank und Rohren
eines Wärmetauschers
angewandt wird.
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Ein
Wärmetauscher,
in welchem Enden (bezüglich
der Längsrichtung)
von Rohren mit Sammlertanks verbunden sind, ist beispielsweise aus
der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-286395 (
US 6 736 197 )
bekannt. In einem solchen Wärmetauscher
ist der Sammlertank allgemein aus einem Tankkörper und einer Sammlerplatte
aufgebaut, die mit Rohröffnungen
ausgebildet ist. Die Enden der Rohre sind in die Rohröffnungen
eingesetzt und mit der Sammlerplatte verlötet. Die Rohre und die Sammlertanks
sind beispielsweise aus Aluminium hergestellt.
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Im
Allgemeinen wird die Lötqualität auf der Grundlage
dessen bestimmt, wie gut ein Lötmaterial in
einen Freiraum einer Verbindung zwischen Verbindungsabschnitten
durch Kapillarwirkung gezogen wird. Wie in 7 und in der nachfolgenden Formel 1 gezeigt
ist, ist bekannt, dass die Kapillarität im Allgemeinen ein umgekehrtes
Verhältnis
bezüglich
einer Dichte ρ eines
Lötmaterials
BM und einem Freiraum d der Verbindung aufweist. In der Formel 1
bezeichnet h eine Höhe,
auf welche das Lötmaterial
BM durch Kapillarwirkung gezogen wird, γ bezeichnet eine Oberflächenspannung
des Lötmaterials
BM, und g bezeichnet Gravitationsbeschleunigung. h = 2γ/dρg [Formel 1]
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Um
die Lötqualität zu verbessern,
ist es erforderlich, den Freiraum dahingehend zu reduzieren, so
klein wie möglich
zu sein. Wenn ein Material mit hoher Dichte als ein Wärmetauschermaterial
ausgewählt
wird, ist es erforderlich, den Freiraum der Verbindung für eine Erhöhung der
Dichte des Lötmaterials
weiter zu reduzieren. Hiermit ist es erforderlich, die dimensionale
Genauigkeit der Teile zu verbessern. Es gibt jedoch eine Beschränkung der
Verbesserung der dimensionalen Genauigkeit bei der Verarbeitung
der Teile.
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Ferner
wurde beispielsweise vorgeschlagen, das Rohr mechanisch auszudehnen,
nachdem das Rohr in die Rohröffnung
der Sammlerplatte eingesetzt wurde, um so den Freiraum zwischen
dem Rohrende und der Rohröffnung
zu reduzieren. Wenn jedoch das Rohr aus einem Material mit einem
hohen Elastizitätskoeffizienten
hergestellt ist (z.B. aus Kupfer), deformiert es sich nicht leicht
und kann ein Rückfedern
bewirken. Daher ist es schwierig, den Freiraum zu reduzieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist mit Blick auf den vorstehenden Umstand
ausgeführt,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verlöteten Aufbau
mit einer verbesserten Lötqualität und ein
Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, ohne einen
anfänglichen
Freiraum zwischen den Verlötabschnitten
präzise
einzustellen bzw. auszuwählen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein verlöteter Aufbau ein erstes Element
mit einem ersten Abschnitt auf, der durch einen ausgenommenen Abschnitt
oder eine Öffnung
festgelegt ist, und ein zweites Element mit einem zweiten Abschnitt,
der an den ersten Abschnitt des ersten Elements mit einem Kupferlötmaterial
gelötet
ist. Das erste Element weist einen Wärmedehnungskoeffizienten auf,
der kleiner als der des zweiten Elements ist.
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Während des
Lötens
dehnt sich das zweite Element mehr aus, als sich das erste Element
ausdehnt. Somit kommt während
des Lötens
der zweite Abschnitt relativ nahe dem ersten Abschnitt des ersten
Elements. Der anfängliche
Freiraum, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt
begrenzt ist, wird durch den Unterschied des Wärmedehnungskoeffizienten zwischen
dem ersten Element und dem zweiten Element reduziert. Demgemäß verbessert
sich die Qualität
des Verlötens, ohne
zu erfordern, den anfänglichen
Freiraum zwischen den Verlötabschnitten
präzise
einzustellen.
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Andere
Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlicher,
die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausgeführt wird,
in welcher gleiche Teile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet
werden, und in welchen:
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1 eine
Frontansicht eines Zwischenkühlers
(eines Intercoolers) gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Querschnittsansicht des Zwischenkühlers ist, die entlang der
Linie II-II in 1 genommen ist;
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3A eine
Querschnittsansicht eines Teils des Zwischenkühlers ist, der durch einen
Pfeil III in 1 gezeigt wird;
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3B eine
Querschnittsansicht des Teils des Zwischenkühlers ist, um eine Beschichtung
auf einer Sammlerplatte des Zwischenkühlers gemäß der ersten beispielhaften
Ausführungsform
zu zeigen;
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4 eine
Querschnittsansicht des Zwischenkühlers ist, die entlang der
Linie IV-IV in 3 genommen ist;
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5 eine
Querschnittsansicht des Zwischenkühlers als eine Modifikation
der ersten beispielhaften Ausführungsform
ist, die in 1 gezeigt ist;
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6 eine
Querschnittsansicht eines Rohres des Zwischenkühlers gemäß einer zweiten beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; und
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7 eine
erläuternde
Ansicht eines Modells zur Erläuterung
von Kapillarwirkung eines Lötmaterials
ist.
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Eine
erste beispielhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform wird ein verlöteter Aufbau
der vorliegenden Erfindung beispielsweise an einen Basisabschnitt
(Verbindungsabschnitt) 101 eines Luftkühlungs-Zwischenkühlers 100 angewandt.
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Der
Zwischenkühler 100 ist
ein Wärmetauscher
zum Durchführen
von Wärmetausch
zwischen Einlassluft, die in einen Motor eines Fahrzeugs zur Verbrennung
zu saugen ist, und einer externen Kühlluft zum Kühlen der
Einlassluft. Der Zwischenkühler 100 weist
einen Kernabschnitt 110 und ein Paar von Sammlertanks 120 auf.
Der Zwischenkühler 100 ist ein
großer
Wärmetauscher
und ist zum Beispiel in einem großen Fahrzeug, wie einem Lastkraftwagen angebracht.
Jeweilige Teile des Zwischenkühlers 100,
welche nachfolgend beschrieben werden, werden aus Materialien wie
Kupfer, Kupferlegierung oder Eisen hergestellt, um hinreichende
Wärmeleitfähigkeit
und Haltbarkeit aufzuweisen.
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Ferner
sind Kontaktabschnitte zwischen jeweiligen Teilen durch Löten oder
Schweißen
verbunden. Zum Beispiel wird ein Kupferlötmaterial als ein Lötmaterial
verwendet, das 75 % Kupfer, 15 % Zinn, 5 % Nickel und 5 % Phosphor
enthält,
und eine Auflösung
bei einem niedrigen Schmelzpunkt aufweist.
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In
dem Kernabschnitt 110 sind Rohre 111 und äußere Lamellen 112 abwechselnd
geschichtet und Seitenplatten 113 sind an äußersten
Enden des Kernabschnitts 110 in einer Schichtungsrichtung
vorgesehen. Ferner sind innere Lamellen 114 in dem Inneren
der Rohre 111 (zwischen den Innenseiten der Rohre liegend)
angeordnet.
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Das
Rohr (zweites Element) 111 ist ein flaches Leitungselement,
durch welches die Einlassluft strömt. Das Rohr 111 weist
einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, um so eine Strömungsfläche der
Einlassluft so weit wie möglich
zu vergrößern und
einen Strömungswiderstand
der Einlassluft zu reduzieren. Das Rohr 111 ist beispielsweise
durch Verbinden von zwei Rohrplatten ausgebildet.
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Hier
ist das Rohr 111 aus Kupferlegierung hergestellt, die 15
% Zink und 0,8 % Eisen enthält. Die
Kupferlegierung weist einen Koeffizienten von linearer Dehnung (Wärmedehnung)
von 19 × 10–6 m/K auf.
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Die
innere Lamelle 114, welche in dem Rohr 111 zwischenliegend
angeordnet ist, ist aus reiner Kupferplatte hergestellt und ist
gewellt ausgeführt, um
die Strömung
der Einlassluft zu stören
bzw. zu verwirbeln, um dadurch die Wärmeleitung durch die Einlassluft
zu verbessern. Da das Rohr 111 einen rechteckigen Querschnitt
aufweist, ist die innere Lamelle 114 in dem Rohr 111 unter
wirksamer bzw. effizienter Verwendung des Raums innerhalb des Rohres 111 aufgenommen.
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Ebenso
ist die äußere Lamelle 112 aus
reiner Kupferplatte hergestellt und gewellt. Ferner sind flache
Abschnitte der gewellten äußeren Lamelle 112 dahingehend
geschnitten, schrägestellte
Stücke 112a als
Luftschlitzabschnitte aufzuweisen. Demgemäß wird eine Wärmeabstrahlmenge
der Kühlluft durch
die Luftschlitzabschnitte 112a vergrößert. Ebenso stellen die Luftschlitzabschnitte 112a eine Turbulenzwirkung
der Kühlluft
bereit, um den Wärmetausch
zwischen der Kühlluft
und der Einlassluft zu verbessern.
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Die
Seitenplatten 113 sind aus Messing hergestellt und als
Verstärkungselemente
vorgesehen. Jede der Seitenplatten 113 erstreckt sich in
einer Längsrichtung
der Rohre 111. Die Seitenplatte 113 weist einen
im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt auf. Ebenso weist die Seitenplatte 113 eine
Rippe auf, die sich in der Längsrichtung
der Seitenplatte 113 bei einem im Wesentlichen mittleren
Abschnitt der U-Form erstreckt.
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Jedes
der Rohre 111 ist durch Löten von zwei Rohrplatten ausgebildet.
Ein Pastenlötmaterial, welches
eine Mischung des Lötmaterials
und eines Binders ist, wird auf beide Oberflächen der Rohrplatten vor dem
Verlöten
aufgetragen. Ferner werden die äußeren Rippen 112 und
die inneren Rippen 114 an die Rohre 111 mit dem
auf die Rohrplatten aufgetragenen Lötmaterial verlötet.
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Ferner
wird das pastenartige Lötmaterial
vor dem Verlöten
auf eine Oberfläche
der Seitenplatte 113 aufgetragen, welche auf die äußerste äußere Lamelle 112 weist.
Somit werden die Seitenplatten 113 an den äußersten äußeren Rippen 112 mit
dem Lötmaterial
verlötet.
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Anstelle
des Pastenlötmaterials
kann ein Folienlötmaterial
verwendet werden.
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In
diesem Fall wird das Folienlötmaterial
zwischen die jeweiligen Kontaktabschnitte, wie zwischen die Rohre 111 und
die äußeren Lamellen 112, zwischen
die Rohre und die inneren Lamellen 114 und zwischen die
Seitenplatten 113 und den äußeren Lamellen 112 zwischengelegt.
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Die
Enden 111a in Längsrichtung
der Rohre 111 sind an Sammlertanks 120 angeschlossen,
um mit den Hohlräumen
der Sammlertanks 120 zu kommunizieren. Jeder der Sammlertanks 120 erstreckt sich
in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Rohre 111.
Der Sammlertank 120 ist aus einer Sammlerplatte 121,
einem Tankkörper 122 und einer
Leitung 123 aufgebaut.
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Wie
in 4 gezeigt ist, weist die Sammlerplatte (erstes
Element) 121 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf und
enthält
einen längsgerichteten
Plattenabschnitt und Seitenabschnitte 121b, die sich von
Längskanten
des Plattenabschnitts erstrecken. Ebenso bildet der Plattenabschnitt
einen expandierenden Abschnitt 121c aus, der sich zu den
Rohren 111 in einer gewölbten
Form ausdehnt.
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Ferner
bildet der Plattenabschnitt der Sammlerplatte 121 Rohröffnungen 121a an
Positionen aus, die den Rohrenden 111a entsprechen. Jede
der Rohröffnungen 121a weist
eine Öffnungsgröße (eine innere
Abmessung) auf, die geringfügig
größer als ein
Querschnittsbereich (äußere Größe) des
Rohres 111 ist, und ein Umfang der Rohröffnung 121a auf einer
Seite des Rohres 111 ist abgeschrägt, so dass das Rohr 111 leicht
in die Öffnung 121a eingesetzt werden
kann.
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Die
Sammlerplatte 121 ist aus einem Eisenmaterial wie rostfreiem
Stahl oder Stahl hergestellt. Beide Oberflächen der Sammlerplatte 121 um
die Rohröffnungen 121a und
mit Ausnahme der Seitenabschnitte 121b sind mit reinem
Kupfer plattiert oder beschichtet, wie in 3B gezeigt
ist. Das Eisenmaterial der Sammlerplatte 121 weist einen
Koeffizienten von linearer Dehnung (Wärmedehnung) von 12 × 10–6 m/K
auf. Die Sammlerplatte 121 weist insbesondere einen Koeffizienten
linearer Dehnung auf, der kleiner als der des Rohres 111 ist.
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In
einem Zustand, in welchem die Rohrenden 111 in die Rohröffnungen 121a eingesetzt
sind, wird ein Pastenlötmaterial,
welches eine Mischung eines Lötmaterials,
Flussmittels und Binders ist, auf Verbindungsabschnitte zwischen
den Rohrenden 111a und der Rohröffnungen 121a aufgetragen. Demgemäß werden
die Rohre 111 und die Sammlerplatte 121 bei deren
Berührungsabschnitten 101a zwischen
diesen durch das Lötmaterial
verlötet.
Die verlöteten
Kontaktabschnitte 101a entsprechen den Basisabschnitten 101.
Ferner werden die Längsenden
der Seitenplatten 113 durch die Sammlerplatten 121 durch
das Lötmaterial
verlötet,
welches auf Kontaktabschnitte zwischen den Seitenplatten 113 und den
Sammlerplatten 121 aufgetragen ist.
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Der
Tankkörper 122 ist
aus Eisenmaterial hergestellt, welches das gleiche wie das Material
der Sammlerplatte 121 ist. Der Tankkörper 122 weist eine Form
eines halben Rohrs mit einer Öffnung
auf einer Seite auf. Die Sammlerplatte 121 ist mit der Öffnung des
Tankkörpers 122 verbunden.
Die zwei Seitenabschnitte 121b der Sammlerplatte 121 sind
an Kanten der Öffnungen
des Tankkörpers 122 ange schweißt. Demgemäß ist der
Sammlertank 120, welcher darin den Hohlraum begrenzt, ausgebildet.
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Die
Leitung 123 ist aus Eisenmaterial hergestellt. Die Leitung 123 ist
an einem Längsende
des Tankkörpers 122 angeschweißt, so dass
ein Leitungsraum in der Leitung 123 mit dem Hohlraum des Sammlertanks 120 kommunizierend
verbunden ist.
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Gemäß 1 wird
die Einlassluft, die in einen Sammlertank (den rechten Tank) 120 durch
die Leitung 123 strömt,
in Rohren 111 verteilt. Die durch die Rohre 111 hindurchtretende
Einlassluft wird in dem verbleibenden Sammlertank (dem linken Tank) 120 gesammelt
und dann an eine externe Einrichtung durch die Leitung 123 abgegeben.
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Als
nächstes
wird ein Herstellungsverfahren des Zwischenkühlers 100 kurz beschrieben.
Zunächst
werden die Platten für
die Rohre 111, Seitenplatten 113 und die Sammlerplatten 121 durch
Pressen ausgebildet. Ebenso werden die äußeren Lamellen 112 und
die inneren Lamellen 114 unter Verwendung einer Walze geformt.
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Dann
wird Pastenlötmaterial
auf beide Oberflächen
der Rohrplatten und auf eine Oberfläche jeder Seitenplatte 113 aufgetragen.
Als nächstes
wird unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Lege-Aufspannvorrichtung
(layering jig) als Führung
der Kernabschnitt 110 zusammengesetzt. Zum Beispiel wird eine
der Seitenplatten 113 auf einen Boden gelegt. Auf der Seitenplatte 113 werden
vorbestimmte Anzahlen der äußeren Lamelle 112,
der Rohrplatte 111, der inneren Lamelle 114 und
der Rohrplatte 111 wiederholt abwechselnd in dieser Reihenfolge
geschichtet. Ferner wird die verbleibende Seitenplatte 113 auf der äußersten äußeren Lamelle 112 platziert.
In diesem Aufbau wird das Rohr 111, welches die innere Lamelle 114 darin
zwischenlagert, durch Schichten der inneren Lamelle 114 zwischen
den Rohrplatten ausgebildet.
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Dann
werden die Rohrenden 111a in die Rohröffnungen 121a der
Sammlerplatte 121 eingesetzt und das Pastenlötmaterial,
welches das Lötmaterial,
Flussmittel und Binder enthält,
wird auf die verbindenden Abschnitte zwischen den Rohrenden 111a und
den Rohröffnungen 121a aufgetragen.
In einem Zustand, in welchem die Rohrenden 111a in die Rohröffnungen 121b eingesetzt
sind, wird ein vorbestimmter Freiraum D (anfänglicher Freiraum) zwischen
einer äußeren Wand
des Rohrendes 111a und einer inneren Wand der Rohröffnung 121a begrenzt. Der
vorbestimmte Freiraum D wird durch Anfangsdimensionen der Rohrenden 111a und
der Rohröffnungen 121a festgelegt.
Der anfängliche
Freiraum D ist beispielsweise 0,15 mm. Ebenso kann eine andere Aufspannvorrichtung
wie ein Draht verwendet werden, um den zusammengebauten Kernabschnitt 110 zu
halten, falls nötig.
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Als
nächstes
wird Fett oder Öl
von dem zusammengesetzten Kernabschnitt 110 entfernt. Dann wird
der zusammengesetzte Kernabschnitt 110 in einen Ofen gegeben.
Der Kernabschnitt 110 wird integral bei einer Löttemperatur
von zum Beispiel 625 °C gelötet.
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Dann
wird das Rohr 123 an den Tankkörper 122 geschweißt, welcher
durch Pressen ausgebildet ist. Ferner werden die Kanten der Öffnung des
Tankkörpers 122 an
die Seitenabschnitte 121b der Sammlerplatte 121 geschweißt. Somit
sind der Tankkörper 122 und
die Sammlerplatte 121 verbunden.
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Dann
wird eine vorbestimmte Prüfung,
wie eine Leckageprüfung
zum Prüfen
der Qualität
der Verlötung
und des Verschweißens
und eine Größenprüfung an
dem Zwischenkühler 100 durchgeführt. Auf
diese Weise wird der Zwischenkühler 100 hergestellt.
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In
der ersten Ausführungsform
dehnen sich die Rohre 111 während des Lötens mehr als sich die Sammlerplatte 121 dehnt,
wegen des Unterschieds des Koeffizienten von linearer Dehnung zwischen den
Rohren 111 und der Sammlerplatte 121. An dem Basisabschnitt 101 dehnt
sich insbesondere das Rohr 111 in einer Richtung dahingehend,
den anfänglichen
Freiraum D (z.B. 0,15 mm) zwischen dem Rohrende 111a und
der Rohröffnung 121a zu
reduzieren.
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Beispielsweise
wird eine Größe (ΔD) der Änderung
des Freiraums D mit der Änderung
der Temperatur von einer normalen Temperatur von 25 °C auf eine
Löttemperatur
von 625 °C
wie folgt berechnet. ΔD = 0,15 – (19 – 12)×10–6×56/2×(625 – 25) =
0,03
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Hier
ist der Wert 56 eine Breite L des Rohres 111.
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Demgemäß wird der
anfängliche
Freiraum durch den Unterschied des Wärmedehnungskoeffizienten zwischen
dem Rohr 111 und der Sammlerplatte 121 reduziert.
Daher wird die Lötqualität verbessert,
ohne den anfänglichen
Freiraum genau zu wählen.
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Der
Zwischenkühler 100,
welcher in den vorstehend beschriebenen Zustand fertigßgestellt
ist, wird an dem Basisabschnitt 101 geschnitten und die Qualität des Verlötens wird
in dem Querschnitt des Basisabschnitts 101 geprüft. In dem
Querschnitt des Basisabschnitts 101 ist der Freiraum D
nach dem Löten
0,05 mm, und es ist hinreichend mit dem Lötmaterial gefüllt.
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Ferner
wird die vorstehend genannte Qualität des Verlötens mit der eines Vergleichswärmetauschers
verglichen, welcher unter Verwendung eines aus Kupferlegierung hergestellten
Rohres hergestellt ist, welche einen Koeffizienten linearer Dehnung
von 10 × 10–6 m/k
und eine Sammlerplatte aus Messing mit einem Koeffizienten linearer
Dehnung von 21 × 10–6 m/k
aufweist. In dem Vergleichswärmetauscher dehnt
sich die Sammlerplatte, welche die Rohröffnungen aufweist, mehr als
das Rohr. Demgemäß ist der
Freiraum D zwischen dem Rohr und der Rohröffnung nach dem Verlöten 0,25
mm, und nicht hinreichend mit dem Lötmaterial gefüllt.
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In
der ersten beispielhaften Ausführungsform
sind das Rohr 111 und die Sammlerplatte 121 aus
verschiedenartigen Materialien (z.B. Kupferlegierung und Eisenmaterial)
hergestellt, und die Sammlerplatte 121 wird zuvor mit dem
Material (z.B. reinem Kupfer) beschichtet, welches dem Material
des Rohres 111 ähnlich
ist. Demgemäß verbessert
sich die Flexibilität
zur Auswahl der Materialien der Rohre 111 und der Sammlerplatte 121,
um den Unterschied der Koeffizienten linearer Dehnung aufzuweisen.
Ferner werden, da das Material, welches dem Material des Rohres 111 ähnlich ist,
als das Lötmaterial
verwendet wird, das Rohr 111 und die Sammlerplatte 121 einfach
und mit Diffusion des Lötmaterials
in die Beschichtung hinreichend verlötet.
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In
dem Wärmetauscher,
wie dem Zwischenkühler 100,
ist die Qualität
der Verlötung
an dem Basisabschnitt 101 wichtig, um Luftdichtigkeit aufrechtzuerhalten.
Durch Anwenden des verlöteten
Aufbaus der vorliegenden Erfindung auf die Basisabschnitte 101 des
Zwischenkühlers 100 verbessert
sich die Qualität
der Verlötung
an den Basisabschnitten 101.
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Ebenso
ist die innere Lamelle 114 in dem Rohr 111 zwischenliegend
angeordnet, ohne das Rohr 111 auszudehnen. Wenn die innere
Lamelle 114 in das Rohr 111 durch mechanisches
Ausdehnen des Rohres 111 eingesetzt wird, neigt sie dazu,
sich von einer inneren Wand des Rohres 111 zu trennen. In
der ersten beispielhaften Ausführungsform
ist die innere Lamelle 114 zwischen den Rohrplatten sandwichartig
gelagert und integral verlötet.
Demgemäß ist die
innere Lamelle 114 hinreichend an die Rohre 111 gelötet.
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Wie
in 5 gezeigt ist, kann die Sammlerplatte 121 Gratabschnitte 121d an
den Umfängen
der Rohröffnungen 121a aufweisen,
so dass ein Lötbereich
zwischen der Sammlerplatte 121 und dem Rohr 111 vergrößert ist.
In diesem Fall kann der ausdehnende Abschnitt 121c infolge
der Ausbildung der Gratabschnitte 121d beseitigt bzw. weggelassen werden.
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Eine
zweite beispielhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform
wird der verlötete
Aufbau der vorliegenden Erfindung auf die Rohre 111 des
Zwischenkühlers 100 angewandt.
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Das
Rohr 111 ist aus einem ersten Rohrelement (einem ersten
Element) 111A und einem zweiten Rohrelement (einem zweiten
Element) 111B aufgebaut, wie in 6 gezeigt
ist. Jedes der Rohrelemente 111A, 111B weist einen
im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt auf und ist durch Biegen einer Platte ausgebildet. In
der U-Form des Querschnitts weist der mittlere Abschnitt zwischen
den gebogenen Seitenabschnitten eine Breite auf, die größer als
eine Länge
jedes Seitenabschnitts ist. Das erste Rohrelement 111A bildet
einen ausgenommenen Abschnitt innerhalb der U-Form aus. Das erste Rohrelement 111A und
das zweite Rohrelement 111B sind in einem Zustand verlötet, in
welchem die Seitenabschnitte des zweiten Rohrelements 111B in dem
ausgenommenen Abschnitt angeordnet sind, der durch die Seitenabschnitte
des ersten Rohrelements 111A begrenzt ist, wie in 6 gezeigt
ist.
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Das
erste Rohrelement 111A ist aus dem Eisenmaterial hergestellt,
und beide Oberflächen
des ersten Rohrelements 111A werden vor dem Verlöten an dem
zweiten Rohrelement 111B mit reinem Kupfer beschichtet
oder bedeckt. Das erste Rohrelement 111A weist einen Koeffizienten
linearer Dehnung (Wärmedehnung)
von 12 × 10–6 m/K
auf. Das zweite Rohrelement 111B ist aus Kupfer hergestellt,
welches 15 % Zink und 0,8 % Eisen enthält, ähnlich zu dem Rohr 111 der
ersten beispielhaften Ausführungsform.
Das zweite Rohrelement 111B weist einen Koeffizienten linearer
Dehnung (Wärmedehnung)
von 19 × 10–6 m/K
auf. Somit weist das erste Rohrelement 111A einen Wärmedehnungskoeffizienten
auf, der kleiner als der des zweiten Rohrelements 111B ist.
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In
der zweiten beispielhaften Ausführungsform
stellt der Verbindungsabschnitt des Rohres 111 Wirkungen
bereit, die ähnlich
denen der Verbindungsabschnitte zwischen den Rohren 111 und
der Sammlerplatte 121 der ersten beispielhaften Aus führungsform
sind. Während
des Verlötens
dehnt sich wegen des Unterschieds des Koeffizient der linearen Dehnung
zwischen dem ersten Rohrelement 111A und dem zweiten Rohrelement 111B insbesondere das
zweite Rohrelement 111B mehr als der erste Rohrelement 111A aus.
Somit wird ein anfänglicher Freiraum
D1 (z.B. 0,15 mm), der zwischen dem ersten Rohrelement 111A und
dem zweiten Rohrelement 111B begrenzt wird, reduziert.
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Die
Größe (ΔD1) der Änderung
des Freiraums D1, wenn sich die Temperatur von der Normaltemperatur
(z.B. 25 °C)
zu der Löttemperatur
(z.B. 625 °C)
während
des Lötens ändert, wird
zum Beispiel wie folgt berechnet. ΔD1 = 0,15 – (19 – 12) × 10–6 × 60/2 × (625 – 25) = 0,024
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Hier
ist der Wert 60 eine Breite L1 des Rohres 111.
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Demgemäß wird der
Freiraum D1 zwischen dem ersten Seitenelement 111A und
dem zweiten Seitenelement 111B durch den Unterschied des
Wärmedehnungskoeffizienten
zwischen den ersten und zweiten Seitenelementen 111A, 111B reduziert.
Daher kann die Lötqualität verbessert
werden, ohne den anfängliche
Freiraum D1 präzise
auszuwählen.
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In
der zweiten beispielhaften Ausführungsform
sind das erste Rohrelement 111A und das zweite Rohrelement 111B aus
unterschiedlichen Materialien (z.B. Eisenmaterial und Kupferlegierung)
hergestellt, und das erste Rohrelement 111A ist zuvor mit dem
Material (z.B. reines Kupfer) beschichtet, welches dem Material
des zweiten Rohrelements 111B ähnlich ist. Demgemäß erhöht sich
die Flexibilität
der Auswahl der Materialien der ersten und zweiten Rohrelemente 111A, 111B,
um den Unterschied der Koeffizienten linearer Dehnung aufzuweisen.
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Ferner
werden, da das Lötmaterial
(z.B. Kupferlötmaterial),
welches dem Material des zweiten Rohrelements 111B ähnlich ist,
verwendet wird, das erste Rohrelement 111A und das zweite
Rohrelement 111B mit Diffusion des Lötmaterials in die Beschichtung
des ersten Rohrelements 111A einfach verlötet. Demgemäß wird die
innere Lamelle 114 mit den inneren Wänden des Rohres 111 durch
den Unterschied des Wärmedehnungskoeffizienten
zwischen dem ersten Rohrelement 111A und dem zweiten Rohrelement 111B hinreichend
verlötet.
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Der
Lötaufbau
der vorliegenden Erfindung wird auf die Verbindungsabschnitte zwischen
die Rohrplatten 111A, 111B des Zwischenkühlers 100 angewandt.
Demgemäß verbessert
sich die Lötqualität, welche
zur Aufrechterhaltung von Luftdichtigkeit in dem Wärmetauscher
wichtig ist.
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Die
vorstehenden ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen
können
wie folgt modifiziert werden.
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In
der ersten beispielhaften Ausführungsform
weist die Sammlerplatte (erstes Element) 121 einen Koeffizienten
linearer Dehnung auf, der kleiner als der des Rohres (des zweiten
Elements) 111 ist. In dieser zweiten beispielhaften Ausführungsform
weist das erste Rohrelement (das erste Element) 111A einen
Koeffizienten linearer Expansion auf, der kleiner als der des zweiten
Rohrelements (des zweiten Elements) 111B ist. Als eine
Modifikation der ersten beispielhaften Ausführungsform kann die Sammlerplatte 121 aus
reinem Kupfer anstelle des Eisenmaterials hergestellt sein. Ebenso
kann das erste Rohrelement 111A der zweiten beispielhaften
Ausführungsform aus
reinem Kupfer anstelle des Eisenmaterials hergestellt sein. In diesen
Fällen
ist es nicht nötig,
die Oberflächen
der Sammlerplatte 121 und des ersten Rohrelements 111A mit
Kupfer zu beschichten, da die Elemente 121, 111A mit
Kupferlötmaterial
verlötet werden.
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In
den vorstehenden ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen
ist der Zwischenkühler 100 hauptsächlich aus
Kupfer und Kupferlegierung hergestellt. Alternativ kann der verlötete Aufbau der
vorliegenden Erfindung auf einen anderen Wärmetauscher angewandt werden,
der aus einem anderen Material hergestellt ist.
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In
den vorstehenden ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen
wird der gelötete Aufbau
der vorliegenden Erfindung auf den Basisabschnitt 101 zwischen
der Sammlerplatte 121 und dem Rohr 111 und auf
den Verbindungsabschnitt zwischen den Rohrplattenelementen 111A, 111B angewandt.
Zusätzlich
kann der verlötete
Aufbau der vorliegenden Erfindung auf Verbindungsabschnitte zwischen
den plattenförmigen äußeren Lamellen
(dem ersten Element), das die Rohröffnungen ausbildet, und Rohren
(dem zweiten Element), die in die Rohröffnungen eingesetzt sind, angewandt
werden. In diesen Fällen
weist die äußere Lamelle
einen Koeffizienten linearer Dehnung auf, der kleiner als der des Rohres
ist.
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Ferner
kann der verlötete
Aufbau der vorliegenden Erfindung angewandt werden, um ein zusätzliches
Element, wie ein Befestigungselement (zweites Element) an dem Sammlertank
(erstes Element) 120 zu befestigen. In diesem Fall wird
ein ausgenommener Abschnitt auf der Oberfläche des Sammlertanks 120 ausgebildet
und das Befestigungselement wird teilweise in den ausgenommenen Abschnitt
eingesetzt und darin verlötet.
Hier weist der Sammlertank 120 einen Koeffizient linearer
Dehnung auf, der kleiner als der des Befestigungselements ist.
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Ferner
kann der verlötete
Aufbau der vorliegenden Erfindung in einem Körper eines Röhrenwärmetauschers
(Shell-and-Tube-Wärmetauscher)
angewandt werden. Zum Beispiel werden Enden von Leitungselementen
(zweites Element) in einen ausgenommenen Abschnitt eingesetzt, der
durch eine ansteigende Kante festgelegt ist, der an einem Umfang
eines Abdeckelements (erstes Element) ausgebildet ist, und daran
gelötet.
In diesem Fall weist das Abdeckelement einen Koeffizienten linearer
Dehnung auf, der kleiner als der des Leitungselements ist.
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Ebenso
ist der Wärmetauscher,
auf welchen die vorliegende Erfindung angewandt ist, nicht auf den
Zwischenkühler 100 beschränkt. Der
verlötete Aufbau
der vorliegenden Erfindung kann auf einen anderen Wärmetauscher
wie einen Radiator bzw. Kühler
oder einen Kondensor bzw. Verflüssiger
angewandt werden.
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Ferner
ist die Verwendung des verlöteten Aufbaus
der vorliegenden Erfindung nicht auf einen Wärmetauscher beschränkt. Der
verlötete
Aufbau kann auf eine andere Einrichtung, die sich von einem Wärmetauscher
unterscheidet, angewandt werden, solange das erste Element einen
ausgenommenen Abschnitt oder eine Öffnung aufweist, und das zweite Element
in den ausgenommenen Abschnitt oder die Öffnung eingesetzt ist und darin
verlötet
ist.
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In
der ersten beispielhaften Ausführungsform
ist das Rohr 111 aus Kupferlegierung hergestellt. Alternativ
kann das Rohr 111 aus reinem Kupfer hergestellt sein. Ebenso
kann das zweite Rohrelement 111B der zweiten beispielhaften
Ausführungsform
aus reinem Kupfer anstelle von Kupferlegierung hergestellt sein.
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In
der ersten Ausführungsform
wird der Lötabschnitt
der Sammlerplatte 121, welche aus dem Eisenmaterial hergestellt
ist, mit reinem Kupfer vor dem Verlöten beschichtet, so dass diese
an dem Rohr 111 mit Diffusion des Kupferlötmaterials
in die Beschichtung verlötet
wird. Anstelle von reinem Kupfer kann die Sammlerplatte 121 mit
Nickel beschichtet sein. Ebenso kann das erste Rohrelement 111A der
zweiten beispielhaften Ausführungsform
mit Nickel anstelle von reinem Kupfer beschichtet sein.
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Die
beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind vorstehend beschrieben. Dennoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann auf andere Weise ausgeführt
werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.