DE102007010238A1

DE102007010238A1 - Wärmeübertragerbauteil

Info

Publication number: DE102007010238A1
Application number: DE102007010238A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr.-Ing. Kämmler
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragerbauteil, insbesondere ein Sammelkastenbauteil eines Abgaswärmeübertragers oder Ladeluftkühlers, aus Kunststoff mit mindestens einer Fläche, die im Betrieb eines mit dem Wärmeübetragerbauteil ausgestatteten Wärmeübertragers mit einem Medium, insbesondere mit Abgas oder Ladeluft, beaufschlagt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff eine Oberflächenbeschichtung aus Plasma aufweist, die zu einer dreidimensionalen polymeren Schicht vernetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragerbauteil, insbesondere ein Sammelkastenbauteil eines Abgaswärmeübertragers oder Ladeluftkühlers, aus Kunststoff mit mindestens einer Fläche, die im Betrieb eines mit dem Wärmeübertragerbauteil ausgestatteten Wärmeübertragers mit einem Medium, insbesondere mit Abgas oder Ladeluft, beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Wärmeübertragerbauteils.
Herkömmliche Sammelkastenbauteile werden im Gießverfahren aus Aluminium gefertigt. Vor der Entmontage sind weitere Bearbeitungsschritte, wie Schweißen, Drehen, Fräsen, Schleifen, Polieren, erforderlich. Es ist auch möglich, hochtemperaturbeständige Kunststoffe, wie teilaromatische Polyamide, zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmeübertragerbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das bei hohen Temperaturen, insbesondere über 180 Grad Celsius, einsetzbar und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einem Wärmeübertragerbauteil, insbesondere einem Sammelkastenbauteil eines Abgaswärmeübertragers oder Ladeluftkühlers, aus Kunststoff mit mindestens einer Fläche, die im Betrieb eines mit dem Wärmeübertragerbauteil ausgestatteten Wärmeübertragers mit einem Medium, insbesondere mit Abgas oder Ladeluft, beaufschlagt wird, dadurch gelöst, dass das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff eine Oberflächenbeschichtung aus Plasma aufweist, die zu einer dreidimensionalen polymeren Schicht vernetzt ist. Als Plasma wird ein Gemisch aus freien Elektronen, positiven Ionen und Neutralteilchen eines Gases bezeichnet, die sich durch ständige Wechselwirkung untereinander und mit Photonen in verschiedenen Anregungszuständen befinden. Ein Plasma enthält im Mittel die gleiche Anzahl positiver und negativer Ladungen, ist quasi neutral. Die Erzeugung eines Plasmas erfolgt zum Beispiel durch Stoßionisation mit Elektronen oder durch eine Gasentladung. Durch die hochvernetzte Polymerschicht auf dem Basiswerkstoff aus Kunststoff wird eine wirksame Schutzschicht geschaffen, die den Einsatz von oxidationsempfindlichen Kunststoffen, wie Polyamid 66, auch bei hohen Temperaturen über 180 Grad Celsius ermöglichen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragerbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff mit einer oxidationshemmenden Oberflächenbeschichtung versehen ist. Als Basiswerkstoff wird vorzugsweise ein mechanisch hochwertiger Kunststoff, wie Polyamid, verwendet. Durch die oxidationshemmende Oberflächenbeschichtung wird der Basiswerkstoff für einen Einsatz im Hochtemperaturbereich befähigt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragerbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine oder mehrere funktionelle Schichten im Nanometerbereich enthält. Die Oberflächenbeschichtung dient unter anderem zur Verbesserung der Sauerstoffschutzwirkung oder auch einer Haftverbesserung für eine weitere Schicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragerbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder die Schichten eine Dicke von 50 bis 200 Nanometer aufweist beziehungsweise aufweisen. Diese dicke hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragerbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche des Wärmeübertragerbauteils mit der Oberflächenbeschichtung versehen ist. Eine aufwendige Maskierung des Wärmeübertragerbauteils ist nicht erforderlich.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragerbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerbauteil im Spritzgießverfahren gebildet ist. Dadurch werden die Herstellkosten reduziert. Bis auf das Aufbringen der Oberflächenbeschichtung ist keine weitere Bearbeitung erforderlich.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragerbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmübertragerbauteil aus Polyamid, insbesondere aus Polyamid 66, gebildet ist. Dieser Werkstoff hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeübertrager oder einen Ladeluftkühler, mit einem vorab beschriebenen Wärmeübertragerbauteil, insbesondere einem Sammelkastenbauteil. Das Sammelkastenbauteil ist in dem Wärmeübertrager mit einer Vielzahl von Rohren aus Metall kombiniert.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Wärmeübertragerbauteils, insbesondere eines Sammelkastenbauteils eines Abgaswärmeübertragers oder Ladeluftkühlers, ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Oberflächenbeschichtung durch ein PVD(Physical Vapor Deposition)-Verfahren oder ein CVD(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren, insbesondere durch Plasmapolymerisation, auf das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff aufgebracht wird. Die genannten Verfahren, insbesondere die Plasmapolymerisation, haben beziehungsweise hat den Vorteil, dass sie gut reproduzierbar und über die Parameter der verwendeten Anlage exakt überwachbar sind beziehungsweise ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung unter Vakuum aufgebracht wird.
Eine vorausgehende Reinigung des Wärmeübertragerbauteils erfolgt vorzugsweise mit einem Reinigungsplasma ebenfalls unter Vakuum.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise die Niederdruck-Abgasrückführung bei Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen. In einem Niederdruck-Abgasrückführsystem wird ein Kraftstoff-Luftgemisch über einen Luftfilter von einem Verdichter angesaugt und dem Motor zugeführt. Das Abgas des Motors wird in einer Turbine entspannt, die den Verdichter antreibt. Stromabwärts der Turbine ist eine Entnahmestelle angeordnet, die mit einer Rückführstelle in Verbindung steht. Die Rückführstelle ist stromaufwärts des Verdichters angeordnet. Zwischen den Verdichter und den Motor ist ein Ladeluftkühler geschaltet. Zwischen die Turbine und die Entnahmestelle ist ein Dieselpartikelfilter geschaltet.
Bei der Niederdruck-Abgasrückführung von Dieselmotoren wird ein Teil des Abgases nach dem Diesenpartikelfilter und einem Abgaskühler über den Ladeluftkühler in den Verbrennungsraum zurückgeführt. Dabei wird das Abgas im Ladeluftkühler mit Ladeluft gemischt. Sowohl der Abgaskühler als auch der Ladeluftkühler sind mit einem Sammelkasten aus Polyamid 66 ausgestattet, der mindestens einen Stutzen zum Zuführen oder Abführen des Mediums, insbesondere Abgas oder Ladeluft aufweist. Der Sammelkasten aus Kunststoff ist mit einem System von Rohren und/oder Lamellen aus Metall kombiniert, durch welche das zu kühlende Medium durchgeführt wird.
Der Sammelkasten ist aus Polyamid 66 im Spritzgießverfahren gebildet. Der spritzgegossene Sammelkasten wird in einer ersten Stufe eines Beschichtungsverfahrens durch ein Reinigungsplasma, vorzugsweise unter Vakuum, gereinigt. Anschließend wird unter Vakuum durch Plasmapolymerisation eine oxidationshemmende Oberflächenbeschichtung auf die gesamte Oberfläche des Sammelkastens aufgebracht. Bei der Plasmapolymerisation werden eine oder mehrere funktionelle Schichten im Nanometerbereich aufgebracht, die zur Verbesserung der Sauerstoffschutzwirkung führen können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das vorzugsweise im hohen oder mittleren Vakuum arbeitet, werden Schichten mit einer Dicke von 50 bis 200 Nanometer erzeugt. Es ist darauf zu achten, dass die Schichten nicht zu dick werden, da sonst die Schutzwirkung für die darunter liegende Kunststoffoberfläche nicht verbessert wird, sondern die Gefahr einer Rissbildung bei dynamischen Belastungen des Sammelkastens eher zunimmt.
Zur Kalibrierung einer zur Durchführung des vorab beschriebenen Verfahrens verwendeten Anlage können Wafer in den Reaktionsraum eingebracht werden, die sowohl eine einfache Überwachbarkeit des Schichtdicken als auch eine Kalibrierung ermöglichen. Die beschichteten Teile müssen nicht maskiert werden, da die aufgebrachte Oberflächenbeschichtung bis auf ein leichtes Glänzen nicht in Erscheinung tritt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr gut reproduzierbar und überwachbar. Es besteht keine Gefahr von Unregelmäßigkeiten, wie Tropfenbildung, überalteter Lack oder Schichtdickenschwankungen, wie sie zum Beispiel beim Lackieren auftreten können. Die Oberflächenbeschichtung, die auch als Schutzschicht bezeichnet wird, umfasst gemäß einem Aspekt der Erfindung das gesamte Bauteil.

Claims

Wärmeübertragerbauteil, insbesondere Sammelkastenbauteil eines Abgaswärmeübertragers oder Ladeluftkühlers, aus Kunststoff mit mindestens einer Fläche, die im Betrieb eines mit dem Wärmeübertragerbauteil ausgestatteten Wärmeübertragers mit einem Medium, insbesondere mit Abgas oder Ladeluft, beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff eine Oberflächenbeschichtung aufweist, die insbesondere mittels eines Plasmas zu einer dreidimensionalen polymeren Schicht vernetzt ist.
Wärmeübertragerbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff mit einer oxidationshemmenden Oberflächenbeschichtung versehen ist.
Wärmeübertragerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung eine oder mehrere funktionelle Schichten im Nanometerbereich enthält.
Wärmeübertragerbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht oder die Schichten eine Dicke von 50 bis 200 Nanometer aufweist beziehungsweise aufweisen.
Wärmeübertragerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche, die im Betrieb des mit dem Wärmeübertragerbauteil ausgestatteten Wärmeübertragers mit dem Medium, insbesondere Abgas oder Ladeluft, beaufschlagt wird, insbesondere die gesamte Oberfläche des Wärmeübertragerbauteils mit der Oberflächenbeschichtung versehen ist.
Wärmeübertragerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerbauteil im Spritzgießverfahren gebildet ist.
Wärmeübertragerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragerbauteil aus Polyamid, insbesondere aus Polyamid 66, gebildet ist.
Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager oder Ladeluftkühler, mit einem Wärmeübertragerbauteil, insbesondere einem Sammelkastenbauteil, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragerbauteils, insbesondere eines Sammelkastenbauteils eines Abgaswärmeübertragers oder Ladeluftkühlers, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung durch ein PVD(Physical Vapor Deposition)-Verfahren oder ein CVD(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren, insbesondere durch Plasmapolymerisation, auf das Wärmeübertragerbauteil aus Kunststoff aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung unter Vakuum aufgebracht wird.