DE102007004131B4

DE102007004131B4 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers und danach hergestellter Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102007004131B4
Application number: DE102007004131A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Kariya Watanabe; Sumio Kariya Susa; Masaki Kariya Harada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-01-27
Also published as: CN101011767A; US20070175620A1; DE102007004131A1; JP2007205585A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers (100) bestehend aus einem Kern (120) aus Rohren (122, Rippen (121) und Seitenplatten (124), sowie zwei Sammeltanks (110), die jeweils aus einem Tankhauptkörper (112), einem Boden und einer Kernplatte (111) bestehen, wobei in der Kernplatte (111) Rohreinführungslöcher (111a) zur Aufnahme der Rohre (122) des Kerns (120) ausgebildet sind und ein Sammeltank (110) mit einem Einlassanschluss (113) und der andere Sammeltank (110) mit einem Auslassanschluss (114) verbunden sind, wobei sämtliche Teile des Wärmetauschers (100) durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden werden, wobei die Verbindungen der Kernplatte (111) mit den Rohren (122) des Kerns (120) mit folgenden zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritten durchgeführt werden:
– Ausbilden der Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611) mit einer Kupplungswandung (110b) zum Kuppeln der Rohre (122), wobei die Kupplungswandung (110b) ein Endteil (111c, 311c, 410c, 510c, 610c) und ein Spaltteil (clearance portion) (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) einschließt, und das...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers und hat auch einen nach diesem Verfahren hergestellten Wärmeaustauscher zum Gegenstand.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen verfügt ein Wärmeaustauscher über einen Kern, der aus einem Stapel Rohre und Rippen und einem Paar von Sammlertanks an den Enden des Kerns aufgebaut ist. Beispielsweise ist nach der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-118826 AA ( US 2005/0082350 A1 ) ein Sammlertank aufgebaut aus einem Tankhauptkörper und einer Kernplatte. Die Kernplatte hat im Wesentlichen Kastengestalt mit einem geschlossenen Ende auf einer Seite und einem offenen Ende auf der anderen Seite. Die Kernplatte ist mit dem Tankhauptkörper derart verbunden, dass ihr offenes Ende in den Tankhauptkörper greift. Die Kernplatte bzw. der Rohrboden ist mit Rohreinführungslöchern auf einem Plattenteil des geschlossenen Endes versehen. Die Enden der Rohre werden eingeführt in und verlötet mit den Rohreinführungslöchern.
Bei solch einem Wärmeaustauscher werden eine Kernplatte und die Enden der Rohre beispielsweise in der folgenden Weise verlötet. Zunächst wird ein pastenförmiges Lötmaterial benachbart den Rohreinführungslöchern der Kernplatte (core plate) aufgebracht. Als Nächstes werden Rohre und Kernplatte vorläufig geheftet, indem die Enden der Rohre in die Rohreinführungslöcher der Kernplatte eingeführt werden. Hernach werden die vorläufig fixierten oder gehefteten Rohre und die Kernplatte erwärmt. Damit schmilzt das Lötmaterial und fließt in die Verbindungsteile zwischen den Rohren und der Kernplatte. Somit werden Rohre und Kernplatte verlötet.
Beim oben genannten Lötverfahren wird, da das pastenförmige Lötmaterial (gaste brazing material) vorher aufgetragen wird, Lötmaterial verschoben oder es wird abfallen, wenn die Enden der Rohre in die Rohreinführungslöcher eingeführt werden. Da weiterhin das pastenförmige Lötmaterial benachbart den Rohreinführungslöchern aufgetragen wird, ist zu befürchten, dass das pastenförmige Lötmaterial nicht ausreichend und vollständig in die Verbindungsteile während der Erwärmung verteilt wird. Diese Vorgänge führen zu einer Verminderung der Lötfähigkeit.
Um die vorgenannten Probleme zu lösen, kann das pastenförmige Lötmaterial direkt auf die Verbindungsteile aufgetragen werden, nachdem die Kernplatte und die Rohre vorher fixiert wurden. In diesem Fall jedoch, hat es sich als schwierig herausgestellt, das pastenförmige Lötmaterial auf die Verbindungsteile bei Verwendung einer Lötmaterialauftragseinrichtung mit einem gerade Ende, beispielsweise einem allgemeinen Spender, aufzutragen.
11 zeigt ein Beispiel für den Fall, dass pastenförmiges Lötmaterial durch einen Spender 200 mit einem geraden Ende aufgetragen wird. Im Allgemeinen werden zwischen den Rohren 922 angeordnete Enden von Rippen 921 benachbart einer Kernplatte (core plate) 911 angeordnet, um eine ausreichende Wärmeaustauschleistung zu garantieren. Daher stört das gerade Ende des Spenders 200 an den Enden der Rippen 921, wie durch die zweipunktgestrichelte Linie in 11 gezeigt ist. Es ist schwierig, das Ende des Spenders 200 an einen bestimmten Teil zwischen die Rohre 922 zu bringen. Für den Fall, dass das Ende der Rippe 921 nicht an einem Ort nahe der Kernplatte 911 geformt ist, ist es einfach das Lötmaterial aufzubringen. Dies führt jedoch zu einem Abfall der Wärmeaustauschleistung.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorgenannte gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers mit verbesserter Lötbarkeit zwischen einer Kernplatte bzw. einem Rohrboden und Rohren zu schaffen, bei dem ein Abfall in der Wärmeaustauschfähigkeit nicht zu befürchten ist: Gegenstand ist auch ein nach diesem Verfahren hergestellter Wärmeaustauscher.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt ein Wärmeaustauscher über eine Kernplatte und Rohre. Die Kernplatte hat eine Kupplungswand, die mit Rohreinführungslöchern ausgestattet ist. Die Kupplungswand umfasst einen Endteil und einen Spaltteil (clearance portion). Der Spaltteil ist unter Abstand zu einer imaginären Ebene angeordnet, auf der der Endteil positioniert wird. Die Rohreinführungslöcher werden quer über den Spaltteil und den Endteil gebildet. Die Kernplatte wird zunächst an den Rohren durch Einführen der Enden der Rohre in die Rohreinführungslöcher der Kernplatte fixiert. Dann wird ein pastenförmiges Lötmaterial auf Verbindungsteile zwischen der Kernplatte und den Rohren durch eine Lötmaterialauftragseinrichtung aufgebracht. Hernach wird die vorläufig fixierte Kernplatte zusammen mit den Rohren erwärmt, wodurch die Verbindungsteile gelötet werden.
In der Kernplatte (dem Rohrboden) ist, da der Spaltteil unter Abstand zu einer imaginären Ebene, auf der der Endteil positioniert ist, angeordnet ist, ein Raum zwischen dem Spaltteil und der imaginären Ebene vorgesehen. Daher wird das pastenförmige Lötmaterial auf den Verbindungsteil aufgetragen, indem ein Ende der Lötmaterialauftragseinrichtung in den durch den Spaltteil geschaffenen Raum eingeführt wird. Somit wird eine Störung der Lötmaterialauftragseinrichtung mit den Rippen zwischen den Rohren reduziert. Die Lötbarkeit wird somit verbessert, ohne dass die Wärmeaustauschfähigkeit darunter leiden würde.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet wurden. In diesen ist:
1 eine schematische Frontansicht eines Zwischenkühlers als Wärmeaustauscher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schnitt eines Teils des Zwischenkühlers längs der Linie II-II in 1;
3 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Verbindungsteil zwischen einer Kernplatte und einem Rohr des Zwischenkühlers, gesehen entlang einer Längsrichtung des Rohrs in 2;
die 4A bis 4C sind erläuternde Schnittdarstellungen, um die Herstellungsschritte des Zwischenkühlers gemäß der Ausführungsform zu erklären;
die 5A bis 5C sind erläuternde Schnitte, um die Herstellungsschritte des Zwischenkühlers zu erläutern, und zwar sind die Schnitte längs einer Linie V-V in 3 gelegt;
6 ist ein schematischer Schnitt und zeigt einen Teil, an dem ein pastenförmiges Lötmaterial gemäß der Ausführungsform aufgebracht wurde;
7 ist ein schematischer Schnitt eines Teils eines Zwischenkühlers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
8 ist ein schematischer Schnitt durch einen Teil eines Zwischenkühlers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
9 ist ein schematischer Schnitt durch einen Teil eines Zwischenkühlers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
10 ist ein schematischer Schnitt durch einen Teil eines Zwischenkühlers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
11 ist eine schematische Schnittdarstellung, um ein Beispiel eines Schritts beim Auftrag pastenförmigen Lötmaterials bei einem Herstellungsprozess eines Wärmeaustauschers gemäß einer anderen Bauform zu zeigen.
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun mit Bezug auf die 1 bis 6 erläutert werden. 1 zeigt einen Zwischenkühler 100, der Luft kühlt, die in einem Auflader unter Druck kommt, bevor die Luft in einen Motor eingesaugt wird, und zwar als Beispiel eines Wärmeaustauschers.
Der Zwischenkühler 100 verfügt über einen Kern 120 und ein Paar von Sammlertanks 110. Der Kern 120 hat Rohre 122, Außenrippen 121 zum Abstrahlen von Wärme sowie Seitenplatten 124 als Kernverstärkungselemente. Die Rohre 122 und die äußeren Rippen 121 werden abwechselnd gestapelt, und die Seitenplatten 124 mit den Außenrippen 121, die an Enden angeordnet sind (obere und untere Enden der 1), verbunden. Die Rohre 122, die Außenrippen 121 und die Seitenplatten 124 werden miteinander verlötet.
Die Sammlertanks 110 sind an Enden 122a der Rohre 122 (linke und rechte Enden in 1) angeordnet. Jeder der Sammlertanks 110 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Rohre 122 und steht in Verbindung mit in den Rohren 122 definierten Durchlässen. Wie in 2 gezeigt, werden die Rohrenden 122a eingeführt in und verlötet gegen die Rohreinführungslöcher 111a, die auf den Sammlertanks 110 geformt sind, und dies vermittels eines Lötmaterials 220.
Jedes Rohr 122 verfügt über eine im Wesentlichen flache rohrförmige Gestalt; eine Innenrippe (nicht dargestellt) ist gegen die Innenseite des Rohrs 122 gelötet. Auch sind die Außenrippen 121 gegen eine Außenseite des Rohrs 122 gelötet. Die Innenrippen und die Außenrippen 121 bestehen beispielsweise auf Kupfer im Hinblick auf thermische Leitfähigkeit und dergleichen. Die Rohre 122 und die Seitenplatten 124 sind beispielsweise aus einer Kupferlegierung im Hinblick auf die Festigkeit, thermische Leitfähigkeit und dergleichen gemacht.
Wie in 2 gezeigt, verfügt jeder Sammlertank 110 über einen Tankhauptkörper 112, eine Kernplatte 111 und ein nicht dargestelltes Bodenwandelement, das den Boden des Sammlertanks 110 bildet. Die Rohreinführungslöcher 111a sind in der Kernplatte 111 (Rohrboden) ausgebildet. Die jeweiligen Komponenten des Sammlertanks 110 sind beispielsweise aus Kupferlegierungsplatten gebildet. Die Kernplatte 111 und der Tankhauptkörper 112 werden miteinander zum Beispiel durch Löten oder Schweißen zur Bildung eines Tankinnenraums 110a verbunden.
Wenigstens die Flächen der jeweiligen Komponenten des Sammlertanks 110 sind aus Kupfer, einem Kupferlegierungsmaterial oder einem Nickelmaterial hergestellt. Beispielsweise kann die Kernplatte 111 aus einem rostfreien Platten- oder Blechelement mit einem Kupferüberzug auf der Oberfläche gebildet sein, um so ausreichende Festigkeit zu ergeben.
Einer der Sammlertanks 110 (d. h. der rechte Sammlertank in 1) ist mit einem Einlassanschluss 113 verbunden. Der andere Sammlertank 110 (d. h. ein linker Sammlertank in 1) ist mit einem Auslassanschluss 114 verbunden. Der Einlassanschluss 113 ist mit einer Austragsseite des nicht dargestellten Aufladers gekoppelt, und der Auslassanschluss 114 ist mit einer Saugseite des nicht dargestellten Motors gekoppelt.
Der Einlassanschluss (inlet joint) 113 schafft eine Einlassöffnung zum Einführen von Luft in den rechten Sammlertank 110. Der Auslassanschluss 114 schafft eine Auslassöffnung zum Austrag von Luft aus dem linken Sammlertank 110.
Jeder der Sammlertanks 110 verengt sich mit der Entfernung von dem Einlass- oder Auslassanschluss 113, 114. Eine Querschnittsfläche nämlich (Tankinnenraum 110a) jeder der Sammlertanks 110 nimmt allmählich mit der Entfernung von dem Einlass- oder Auslassanschluss 113, 114 ab, so dass die Luft im Wesentlichen gleichförmig in die Rohre 122 eingeführt wird. Weiterhin sind Aussteifungen 130 zum Fixieren des Zwischenkühlers 100 an einen Fahrzeugkörper, an ein Chassiselement oder dergleichen mit den Außenflächen der Sammlertanks 110 verbunden.
Zur Herstellung des Zwischenkühlers 100 werden die jeweiligen Komponenten des Kerns 120 vorläufig an der Kernplatte 111 fixiert, beispielsweise durch Eingriff oder unter Verwendung von Lehren und werden dann gemeinsam verlötet. Dann werden die Tankhauptkörper 112 und andere notwendige Komponenten an die Kernplatten 111 geschweißt. Hier können die Tankhauptkörper 112 und andere Komponenten zu einem Stück verlötet anstatt geschweißt zu werden.
Anschließend wird eine Verbindungsstruktur und ein Verbindungsverfahren der Kernplatte 111 und der Rohre 122 genauer mit Bezug auf die 2 bis 6 beschrieben. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Verbindungsteils zwischen Kernplatte 111 und Rohr 112 von der rechten Seite der 2 gesehen.
Wie 2 erkennen lässt, hat die Kernplatte 111 eine Hauptwandung (Kupplungswandung) 110b, gekuppelt mit dem Kern 120, sowie ein Paar von Seitenwandungen 110c auf den Enden der Hauptwandung 110b. Die Seitenwandungen 110c sind mit den Enden des Tankkörpers 112 verbunden. Die Enden 111b der Hauptwandung 110b sind relativ zu einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Rohres 122 (Auf- und Abwärtsrichtung in 2) geneigt. Somit erstrecken sich die Enden 111b der Hauptwand 110b in Richtungen, die sie von einer Mitte des Kerns 120 trennen.
Die Hauptwand 110b umfasst nämlich einen Endteil 111c und Spaltteile (Enden der Hauptwandung 110b) 111b. Der Endteil 111c ist auf einer imaginären Ebene P1 angeordnet und mit dem Kern 120 gekuppelt. Die Spaltteile (clearance portions) 111b sind relativ zur imaginären Ebene P1 geneigt, das heißt, unter Abstand zur imaginären Ebene P1, und schaffen Räume P2 zwischen den Spaltteilen 111b und der imaginären Ebene P1.
Wie 3 erkennen lässt, erstreckt sich jedes Rohreinführungsloch 111a von einem der Spaltteile 111b zum anderen Spaltteil 111b durch den Endteil 111c. Wird die Kernplatte 111 mit dem Kern 120 gekuppelt, so ist die Grenze zwischen dem Endteil 111c und dem Spaltteil 111b innerhalb des Kerns 120 positioniert. Anders ausgedrückt, der Raum P2 ist auch innerhalb des Kerns 120 vorgesehen.
Als Nächstes soll ein Verfahren zum Verlöten der Kernplatte 111 mit den Rohren 122 beschrieben werden. Zunächst werden die Kernplatten 111 der oben beschriebenen Gestalt und der Kern 120 gekuppelt. Insbesondere, wie in 4A zu sehen, werden die Enden 122a in die Rohreinführungslöcher 111a eingeführt, um vorläufig den Kern 120 bezüglich der Kernplatten 111 zu fixieren. Wie 5A erkennen lässt, wird ein Gradteil 111e mit einer geneigten Fläche 111d um jedes Rohreinführungsloch 111a geformt. Die geneigte Fläche 111d wird geneigt oder gekrümmt längs einer Rohreinführungsrichtung, gezeigt durch einen Pfeil in 5A.
Daher wird das Rohrende 122a längs der geneigten Fläche 111d geführt, während es in das Rohreinführungsloch 111a eingeführt wird. Als solches werden die Rohrenden 122a einfach in die Rohreinführungslöcher 111a eingeführt. Die in den 4A und 5A gezeigte Stufe entspricht einem vorläufigen Fixierschritt.
Als Nächstes, gezeigt in den 4B und 5B, wird ein pastenförmiges Lötmaterial 210 auf den Verbindungsteil 122b zwischen dem Kernteil 111 und dem Rohr 122 unter Verwendung eines Spenders 200 als Lötmaterialauftragseinrichtung aufgetragen. In dem in 4B gezeigten Beispiel handelt es sich beim Spender 200 um einen allgemein verwendeten Spender mit einem geraden Ende (in Form eines geraden Rohres).
Da die Kernplatte 111 über Spaltteile 111b verfügt, werden Räume P2, wie gezeigt in 2, geschaffen. Daher kann das gerade Ende des Spenders 200 in die zwischen den Außenrippen 121 und der Kernplatte 111 definierten Räume eintreten und eine Innenposition erreichen, gezeigt durch die mit zwei Punkten gestrichelte Linie in 4B.
Nach dem in 4B gezeigten Beispiel kann das Ende des Spenders 200 wenigstens die Grenze zwischen den Spaltteilen 111b und dem Endteil 111c erreichen. Damit, wie in der gestrichelten Linie in 6 angedeutet, lässt sich das pastenförmi ge Lötmaterial 210 entlang eines Teils des Verbindungsteils 122b auftagen, wobei der Teil in den Spaltteil 111c einbezogen ist.
Somit kann das pastenförmige Lötmaterial 210 über einen relativ breiten Bereich des Verbindungsteils 122b aufgetragen werden. Der in den 4B und 5B gezeigte Schritt entspricht einem Lötmaterialauftragsschritt (im Folgenden einfach Auftragsschritt genannt).
Beim Auftragsschritt, wie in 5B zu erkennen, wird das pastenförmige Lötmaterial 210 zwischen der geneigten Fläche 111d des Gradteils 111c und einer Außenfläche des Rohres 122 aufgebracht. Das Lötmaterial 210 wird gebildet aus einem Gemisch aus Legierungspulver und einem hochpolymeren Binder organischer Substanz. Beispielsweise enthält das Legierungspulver 75 Gewichts-% Kupfer (Cu), 15 Gewichts-% Zinn (Sn), 5 Gewichts-% Nickel (Ni) und 5 Gewichts-% Phosphor (P). Das Lötmaterial 210 hat einen Schmelzpunkt von etwa 600°C.
Nach dem Auftragsschritt wird eine vorläufig fixierte Gruppe aus Kern 120 und Kernplatten 111 in einen Ofen (nicht dargestellt) mit reduzierter Atmosphäre eingesetzt, um den Verbindungsschritt zu erreichen. Die 4C und 5C zeigen diesen Vereinigungsschritt.
Insbesondere wird die vorläufig fixierte Anordnung so eingesetzt, dass eine Kernebenenoberfläche sich im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Richtung befindet. Anders ausgedrückt, die vorläufig fixierte Anordnung wird derart eingebracht, dass die Längsrichtungen der Kernplatte 111 und der Rohre 122 im Wesentlichen parallel zur horizontalen Richtung verlaufen. Auch in diesem Fall wird die vorläufig fixierte Anordnung derart eingesetzt, dass der Teil des Verbindungsteils 122b, auf den das Lötmaterial 210 aufgebracht wird, höher als ein Mittelteil des Verbindungsteils 122b ist. Das heißt, die vorläufig fixierte Anordnung wird so eingesetzt, dass jeder Verbindungsteil 122b in der durch einen Aufwärts-abwärts-Pfeil in 6 bezeichneten Richtung sich befindet.
Weiterhin wird ein reduzierendes Gas, zum Beispiel Wasserstoff (H₂), in den Ofen eingeführt. Die vorläufig fixierte Anordnung wird unter Temperaturbedingungen zwischen 600°C und 800°C erwärmt.
Auf diese Weise werden Oxidfilme auf den jeweiligen Komponenten der vorläufig fixierten Anordnung, beispielsweise der Kernplatte 111 und den Rohren 122, entfernt durch den im Lötmaterial 210 enthaltenen Phosphor sowie das reduzierende Gas. Weiterhin strömt, während das pastenförmige Lötmaterial 210, welches nur auf den oberen Teil des Verbindungsteils 122b aufgetragen wurde, schmilzt, das geschmolzene Lötmaterial in einen unteren Teil des Verbindungsteils 122b, auf den das pastenförmige Lötmaterial 210 nicht aufgetragen wurde. Das Lötmaterial kann nämlich in den vom Lötmaterial nicht bedeckten Teil im Verbindungsteil 122 aufgrund von Kapillarität gefüllt werden.
Beim Auftragsschritt wird das pastenförmige Lötmaterial 210 zwischen die geneigte Fläche 111d und die Außenfläche des Rohres 122, wie in 5B gezeigt, aufgebracht. Somit wird der Verbindungsteil 122b zwischen der Kernplatte 111 und dem Rohr 120 wirksam mit dem Lötmaterial 210 beim Verbindungsschritt gefüllt.
Bei der Ausführungsform hat die Kernplatte 111 einen Koeffizienten der linearen Expansion, der kleiner als der der Rohre 122 ist. Damit bewegt sich das Rohr 122 relativ gegen die Kernplatte 111 aufgrund der Differenz der linearen Expansion während der Erhitzung im Verbindungsschritt, und damit wird der Spalt des Verbindungsteils 122b reduziert. Die Schweißbarkeit wird entsprechend verbessert.
Da weiterhin die Kernplatte 111 die Spaltteile 111b hat, ist es weniger wahrscheinlich, dass der Spender 200 mit dem geraden Ende störend bezüglich der äußeren Rippen 121 zwischen den Rohren 122 wirken wird. In dem in 11 gezeigten Fall ist es schwierig, das Lötmaterial auf einem relativ breiten Bereich des Verbindungsteils aufzubringen, da der Spender 200 störend bezüglich der Außenrippe 921 wirken wird. Andererseits ist es notwendig, den Anordnungsbereich der äußeren Rippe 921 an einem Ort benachbart der Kernplatte 911 zu verkleinern. Dies kann jedoch zu einer Abnahme eines Wärmestrahlungsbereichs führen.
Bei der Ausführungsform wird das pastenförmige Lötmaterial 210 auf einen relativ breiten Bereich im Verbindungsteil 122b unter Verwendung des Raums P2 aufgetragen, der durch die Spaltteile (clearance portions) 111b der Kernplatte 111 definiert ist. Es ist nicht notwendig, den Anordnungsbereich der Außenrippe 121 zu reduzieren. Auch wird das pastenförmige Lötmaterial 210 nach dem vorgeschalteten Fixier schritt aufgetragen. Es ist daher nicht notwendig, sich darum zu kümmern, dass pastenförmiges Lötmaterial 210 beim Fixiervorschritt fällt. Somit wird die Lötbarkeit verbessert, ohne dass die Wärmeaustauschfähigkeit reduziert würde.
Bei der Ausführungsform haben, da der Zwischenkühler 100 thermische Festigkeit, Druckfestigkeit und dergleichen braucht, die zu lötenden Komponenten als Materialien Kupfer oder Kupferlegierungen wenigstens auf den Flächen, auf denen die Lötbarkeit verbessert werden soll. Auch die Flächen der Kernplatte oder des Kernbodens 111 und die Rohre 122 können aus Nickel, statt aus Kupfer und Kupferlegierung, gemacht sein.
Im Allgemeinen verlieren Elemente aus Kupfer oder Kupferlegierungen in der Festigkeit beim Wärmeverbindungsschritt. Bei dieser Ausführungsform wird daher pastenförmiges Lötmaterial 210 mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt verwendet, um die Temperatur im Vereinigungsschritt relativ niedriger einzustellen.
Bevorzugt wird Lötmaterial mit einem Schmelzpunkt von 550°C bis 700°C als pastenförmiges Lötmaterial 210 eingesetzt. Wird ein Lötmaterial mit einem Schmelzpunkt niedriger als 550°C eingesetzt, so wird es schwierig, die Lötfestigkeit ausreichend aufrecht zu erhalten. Andererseits, wenn ein Lötmaterial mit einem Schmelzpunkt von mehr als 700°C verwendet wird, ist es notwendig, die Temperatur in dem Vereinigungsschritt zu erhöhen, was zu einer Abnahme in der Festigkeit der zu verlötenden Komponenten führt.
Weiterhin ist ein Lötmaterial aus Kupfer mit einem Schmelzpunkt zwischen 550°C und 700°C delikat und es ist schwierig, es auf die Fläche der zu lötenden Komponenten aufzutragen. Bevorzugt verwendet man daher ein pastenförmiges Lötmaterial mit einem Schmelzpunkt zwischen 550°C und 700°C.
Beim Auftragsschritt wird das pastenförmige Lötmaterial 210 nur auf den Teil des Verbindungsteils 122b aufgetragen. Im Vereinigungsschritt bzw. Verbindungsschritt wird die vorher fixierte Anordnung derart angeordnet, dass der Teil, an dem das pastenförmige Lötmaterial 210 aufgetragen wird, höher als der verbleibende Teil, auf den das pastenförmige Lötmaterial 210 nicht auftragen wird, sich befindet. Damit fließt das pastenförmige Lötmaterial 210 nach unten im schmelzflüssigen Zustand und der Spalt des Verbindungsteils 122b wird vollständig mit dem Lötmaterial 220 gefüllt. Selbst wenn das pastenförmige Lötmaterial 210 somit teilweise aufgebracht wird, lässt sich die Lötbarkeit aufrecht erhalten.
Bei dem Beispiel der 6 wird das pastenförmige Lötmaterial 210 auf den Verbindungsteil aufgetragen, der zwischen einem Spaltteil 111b und dem Rohr 122 definiert ist, und die Kernplatte 111 und die Rohre 122 werden so angeordnet, dass der Spaltteil 111b, an dem das Lötmaterial 210 aufgetragen wird, höher als der Endteil 111c liegt.
Da weiterhin das pastenförmige Lötmaterial 210 nicht auf den unteren Teil des Verbindungsteils 122b aufgetragen wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass das pastenförmige Lötmaterial von dem unteren Ende des Verbindungsteils 122b überfließt. Damit wird die Qualität des Lötens des Verbindungsteils 122b verbessert und die Menge an Lötmaterial reduziert. Auch wird, verglichen mit dem Fall, dass das pastenförmige Lötmaterial 210 vollständig auf den Verbindungsteil 122b aufgetragen wird, Arbeitszeit beim Auftragsschritt reduziert.
(Andere Ausführungsformen)
Bei den oben genannten Ausführungsformen wird das pastenförmige Lötmaterial 210 nur auf den oberen Teil des Verbindungsteils 122b aufgetragen. Jedoch kann das pastenförmige Lötmaterial 210 auch auf den unteren Teil des Verbindungsteils 122b aufgetragen werden.
Die Gestalt der Kernplatte 111 ist nicht auf das in 2 gezeigte Beispiel beschränkt, solange die Hauptwand 110b getrennt von der Mitte des Kerns 120 gegen sein Ende ist. Anders ausgedrückt, die Gestalt der Kernplatte 111 ist nicht begrenzt, solange ein Raum, der Platz für das Ende des Spenders 200 bietet, vorgesehen bleibt. Die 7 und 8 zeigen Beispiele der Gestalt der Kernplatte.
Nach 7 verfügt eine Kernplatte 311 über eine Hauptwand 310b, die mit dem Kern 120 gekuppelt ist. Die Hauptwand 310b ist im Wesentlichen gekrümmt oder hat einen im Wesentlichen bogenförmigen Querschnitt. Die Hauptwand 310b verfügt über einen Endteil 311c auf der imaginären Ebene P1 und über Spaltteile 311b unter Abstand zur imaginären Ebene P1. Die Spaltteile 311b haben die gekrümmte Ges talt. Nach 8 verfügt eine Kernplatte 411 über eine Hauptwand 410b, die mit dem Kern 120 gekoppelt ist. Die Hauptwand 410b ist von im Wesentlichen V-förmigem Querschnitt. Beispielsweise verfügt die Hauptwand 410b über einen Endteil 410c auf der imaginären Ebene P1 und geneigte Flächen 411b, die gegen den Endteil 410c konvergieren. Auch in diesem Beispiel sind Räume zum Einführen des Spenders oder der Auftragsdüse 200 vorgesehen.
Für den Fall, dass das pastenförmige Lötmaterial 210 nur auf den oberen Teil des Verbindungsteils 122b aufgetragen wird, kann die Kernplatte nur einen Spaltteil auf der Seite haben, der sich beim Verbindungsschritt oben befindet. Beispielsweise hat gemäß 9 eine Kernplatte 511 einen Endteil 510c auf der imaginären Ebene P1 und einen Spaltteil 511b, der relativ zur imaginären Linie P1, um einen Raum zu bilden, geneigt ist.
Auch ist es nicht immer notwendig, dass zwei Spaltbereiche den gleichen Neigungswinkel relativ zur imaginären Ebene P1 der 2 haben. Beispielsweise haben, wie in 10 gezeigt, eine Kernplatte 611 einen Endteil 610c auf der imaginären Ebene P1 und zwei Spaltteile 611b, 611c, die relativ zur imaginären Ebene P1 unter unterschiedlichen Neigungswinkeln geneigt sind. Im Verbindungsschritt wird die Kernplatte 611 derart angeordnet, dass der Spaltteil 611b, der einen größeren Neigungswinkel hat, höher als der Spaltteil 611c angeordnet wird. Weiterhin kann die Kernplatte jede andere Gestalt haben.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird die geneigte Fläche 111d um den Umfang des Rohreinführungsloches 111a durch Durchziehen bzw. Kragenziehen (by burring), wie in 5B gezeigt, geformt. Das Verfahren des Formens der geneigten Fläche 111d ist jedoch nicht auf das Ziehen beschränkt. Beispielsweise kann die geneigte Fläche 111d durch Ansenken oder Kantenbrechen geformt werden.
Bei der oben genannten Ausführungsform sind die Rohre 122 Flachrohre, und ein Verbindungsteil 122b hat eine Längsachse in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Kernplatte 111. Diese Konstruktion ist effektiv im Hinblick auf Festigkeit und dergleichen. Jedoch ist die Gestalt der Rohre 122 nicht auf die flache Gestalt beschränkt. Beispielsweise können die Rohre 122 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben.
Weiterhin ist es nicht immer notwendig, dass die Rohre 122 und die Außenrippen 121 abwechselnd gestapelt sind. Der Kern 120 kann eine andere Struktur haben. Beispielsweise kann der Kern 120 so konfiguriert sein, dass die Rohre Plattenrippen schneiden.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird exemplarisch über den Zwischenkühler 100 diskutiert. Die vorliegende Erfindung lässt sich aber auf andere Wärmeaustauscher wie beispielsweise einen Ölkühler anwenden.
Bei der oben genannten Ausführungsform sind wenigstens die Oberflächen der Kernplatte 111 und die Rohre 122 aus Kupfer, Kupferlegierung oder Nickel hergestellt. Die vorliegende Erfindung lässt sich aber auch auf einen Wärmeaustauscher anwenden, bei dem die zu lötenden Komponenten wie die Kernplatten und Rohre aus Materialien außer Kupfer oder Nickel hergestellt sind.
Die beispielsweisen Ausführungsformen der Erfindung wurden vorstehend beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auf diese Ausführungsformen nicht begrenzt, lässt sich vielmehr in anderer Art und Weise ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, implementieren.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers (100) bestehend aus einem Kern (120) aus Rohren (122, Rippen (121) und Seitenplatten (124), sowie zwei Sammeltanks (110), die jeweils aus einem Tankhauptkörper (112), einem Boden und einer Kernplatte (111) bestehen, wobei in der Kernplatte (111) Rohreinführungslöcher (111a) zur Aufnahme der Rohre (122) des Kerns (120) ausgebildet sind und ein Sammeltank (110) mit einem Einlassanschluss (113) und der andere Sammeltank (110) mit einem Auslassanschluss (114) verbunden sind, wobei sämtliche Teile des Wärmetauschers (100) durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden werden, wobei die Verbindungen der Kernplatte (111) mit den Rohren (122) des Kerns (120) mit folgenden zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritten durchgeführt werden: – Ausbilden der Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611) mit einer Kupplungswandung (110b) zum Kuppeln der Rohre (122), wobei die Kupplungswandung (110b) ein Endteil (111c, 311c, 410c, 510c, 610c) und ein Spaltteil (clearance portion) (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) einschließt, und das Spaltteil unter Abstand von einer imaginären Ebene (P1), auf der das Endteil positioniert ist, angeordnet ist und Rohreinführungslöcher (111a) quer über das Endteil und das Spaltteil ausgebildet sind; – vorläufiges Fixieren oder Heften der Kernplatte (111) und der Rohre (122), indem Enden (122a) der Rohre (122) in Rohreinführungslöcher (111a) der Kernplatte (111) eingeführt werden; – Auftragen eines pastenförmigen Lötmaterials (210) auf die zu verbindenden Teile (122b) zwischen der Kernplatte (111) und den Rohren (122) durch eine ein Lötmaterial auftragende Einrichtung (200); und – Erwärmen der vorläufig fixierten Kernplatte (111) und der Rohre (122) zum Verlöten der zu verbindenden Teile.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der Kernplatte (111) ein Formen einer geneigten Fläche (111d) auf einem Umfang jedes Rohreinführungslochs (111a) umfasst, und die ge neigte Fläche relativ zu einer Richtung senkrecht zu der imaginären Ebene (P1) geneigt ist, und beim Auftragen das pastenförmige Lötmaterial (210) zwischen der geneigten Fläche und einer Außenwand des Rohres (122) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rohre (122) von im Wesentlichen flacher Rohrgestalt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611) und sämtliche Rohre (122), über eine Außenfläche aus Kupfer, Kupferlegierung bzw. Nickel verfügen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das pastenförmige Lötmaterial (210) einen Schmelzpunkt zwischen 550°C und 700°C hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei während der Aufbringung das pastenförmige Lötmaterial (210) auf einen Teil jedes Verbindungsteils (122b) aufgetragen wird, und beim Erwärmen die Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611) so angeordnet ist, dass der Teil, auf den das pastenförmige Lötmaterial aufgetragen wird, höher als ein verbleibender Teil des jeweiligen Verbindungsteils positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611) über einen Koeffizienten der linearen Expansion verfügt, der kleiner als der der Rohre (122) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei beim Aufbringen, das pastenförmige Lötmaterial (210) auf einen Teil des Verbindungsteils (122b) aufgetragen wird, indem ein Ende der Lötmaterialauftragseinrichtung (200) in einen Raum (P2) eingeführt wird, der zwischen dem Spaltteil (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) und der imaginären Ebene (P1) definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei beim Aufbringen, das pastenförmige Lötmaterial (210) auf einen Teil des Verbindungsteils (122b) aufgetragen wird, wobei der Teil auf dem Spaltteil (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) ausgebildet ist, und beim Erwärmen die Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611) derart angeordnet ist, dass das Spaltteil (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) höher als das Endteil (111c, 311c, 410c, 510c, 610c) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die das Lötmaterial auftragende Einrichtung (200) über ein gerades Endteil verfügt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das vorläufige Fixieren ein Anordnen von Rippen (121) zwischen den Rohren (122) umfasst.
Wärmeaustauscher hergestellt nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 11 umfassend: einen Kern (120) mit Rohren (122) und Rippen (121), und zwei Sammlertanks (110), einer Kernplatte (111, 311, 411, 511, 611), wobei die Kernplatte über eine Kupplungswand (110b) verfügt, die mit Rohreinführungslöchern (111a) ausgebildet ist, und die Enden (122a) der Rohre (122) aufgenommen werden und verlötet werden mit den Wandungen der Rohreinführungslöcher (111a), und die Kupplungswand (110b) ein Endteil (111c, 311c, 410c, 510c, 610c) und ein Spaltteil (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) einschließt, wobei das Endteil auf einer imaginären Ebene (P1) angeordnet ist, und das Spaltteil zur imaginären Ebene beabstandet ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 12, wobei die Rohreinführungslöcher (111a) sich quer über das Spaltteil (111b, 311b, 411b, 511b, 611b, 611c) und das Endteil (111c, 311c, 410c, 510c, 610c) erstrecken, und das Spaltteil wenigstens teilweise innerhalb des Kerns (120) positioniert ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 12 oder 13, wobei die imaginäre Ebene (P1) senkrecht zu einer Längsrichtung der Rohre (122) ist, und das Spaltteil (111b, 411b, 511b, 611b, 611c) relativ zur imaginären Ebene (P1) geneigt ist.
Wärmeaustauscher nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Spaltteil (311b) über eine gekrümmte Wandung verfügt.