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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Rohren
mit thermisch expandierbaren und härtbaren Klebstoffen.
Das Verfahren kann insbesondere bei der Herstellung von Kühlschränken eingesetzt
werden, wobei die Rohrleitungen für das Kühlmedium
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander
verbunden werden. Dabei schließt der Begriff „Herstellung” auch
die Instandsetzung eines gebrauchten Kühlschranks mit Hilfe
der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ein.
Dabei werden die Rohre miteinander dadurch verbunden, dass die Endteile
der zu verbindenden Rohre in eine Hülse so eingesteckt
werden, dass die Hülse die Endteile beider Rohre in einem Überlappungsbereich überlappt.
Die Hülse besteht entweder vollständig aus einem
Klebstoff oder ist zumindest an ihrer Innenseite mit einem Klebstoff
beschichtet, wobei der Klebstoff so ausgewählt wird, dass
er bei Temperaturen unterhalb von 30°C fest ist und nicht
ohne thermische Aktivierung aushärtet, jedoch beim Erwärmen
auf eine Temperatur oberhalb von 50°C expandiert und aushärtet.
Dabei geht man so vor, dass man
- a) die Hülse
im Überlappungsbereich mit einer beheizbaren Klemme so
einspannt, dass die Hülse und die Endteile der beiden Rohre
gegeneinander fixiert werden, wobei die Klemme so ausgestaltet ist,
dass sie die Rohre im Überlappungsbereich erwärmen
kann,
- b) den Klebstoff durch Erwärmen der Hülse
im Überlappungsbereichs mit Hilfe der beheizbaren Klemme thermisch
aktiviert, so dass er expandiert und aushärtet und dadurch
die Hülse die beiden Rohre im Überlappungsbereich
verbindet, und
- c) nach Aushärten des Klebstoffs die beheizbare Klemme
entfernt.
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Durch
die Expansion und Aushärtung des Klebstoffs im Schritt
b) wird die Hülse kraftschlüssig mit den Rohren
verbunden, so dass diese durch die Hülse permanent gegeneinander
fixiert werden.
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Die
mit Klebstoff innen beschichteten bzw. ganz aus Klebstoff bestehenden
Hülsen können versandt und gelagert werden, ohne
dass die Klebstoffschicht ihre Funktionsfähigkeit verliert.
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Bei
der Herstellung von Kühlschränken müssen
Leitungsstücke für das Kühlmedium miteinander
verbunden werden. Ein üblicher Haushaltskühlschrank
weist etwa 6 bis 8 solcher Verbindungsstellen auf, beispielsweise
beim Übergang vom und zum Kompressor und vom und zum Wärmetauscher.
Derzeit werden die Rohre in der Regel miteinander verlötet.
Dies setzt voraus, dass zumindest jeweils eines der zu verbindenden Rohre
aus Kupfer anstelle aus dem preiswerteren Aluminium besteht, da
zwei Aluminiumrohre nicht dauerhaft miteinander verlötet
werden können. Die notwendige Verwendung des teureren Kupfers
verteuert das Leitungssystem für das Kühlmedium.
Löten ist ein handwerklich anspruchsvoller Verfahrensschritt,
der entsprechend ausgebildetes Personal erfordert.
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Die
einzelnen Rohrstücke könnten auch in ihrem Überlappungsbereich
miteinander verklebt werden. Dabei stellt sich jedoch das Problem,
auf welche Weise der Klebstoff aufgetragen und ausgehärtet
werden soll. Dennoch sind im Stand der Technik einige Verfahren
bekannt, Rohre für Kühlmedien miteinander zu verkleben. Insbesondere
wurde dies im Zusammenhang mit der Herstellung der Wärmetauscher
für Kühlschränke vorgeschlagen.
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Ein
Beispiel hierfür ist das Dokument
JP 2006/194543 . Es beschreibt
einen Wärmetauscher bestehend aus metallischen Rohrstücken,
die durch senkrecht zu den Rohrstücken verlaufende Kühllamellen
miteinander verbunden sind. Offene Enden benachbarter Metallrohre
werden durch U-förmige Endrohre miteinander verbunden,
wofür ein flüssiger wärmehärtbarer
Klebstoff verwendet wird. Ein ähnliches Verfahren speziell
zur Verbindung von Aluminium- und Kupferrohre wird in
JP 2006/138468 beschrieben.
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1 zeigt
genauer, wie das Verkleben der U-förmigen Endrohre (
3)
mit den Metallrohren (
1) erfolgen kann. In dieser Ausführungsform
sind die Endstücke (
4) der Metallrohre (
1)
aufgeweitet. Das U-förmige Endrohr wird in diese aufgeweiteten
Endstücke der Metallrohre (
4) hinein gesteckt,
wobei in den entstehenden Spalt zwischen dem aufgeweiteten Endstück
(
4) und dem U-förmigen Endrohr (
3) ein
Klebstoff (
5) eingebracht wird. Gemäß dem
Dokument
GB 2008462 ,
dem die
1 entnommen ist, geschieht dies
offensichtlich unmittelbar vor dem Fügen der beiden Teile.
Als Klebstoff wird typischerweise ein thermisch härtbarer
Epoxi-Klebstoff eingesetzt. In diesem Fall bestehen die Metallrohre
(
1) und die U-förmigen Endrohre (
3) beide
aus Aluminium. Zur Verbesserung von Klebkraft und Korrosionsschutz
wird zusätzlich vorgeschlagen, die Aluminiumoberflächen
vor dem Auftragen des Klebstoffs einer Konversionsbehandlung zu
unterwerfen, um eine unkontrollierte Oxidbildung zu vermeiden.
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Das
Auftragen eines flüssigen Klebstoffs im Fertigungsbereich
der Wärmeaustauscher bzw. der Kühlschränke
allgemein hat den Nachteil, dass hierfür spezielle Applikationssysteme
zur Verfügung gestellt werden müssen. Fehlfunktionen
der Applikationssysteme können zu einer Verschmutzung von
Arbeitsbereich und Werkstücken mit Klebstoff führen.
Eine thermische Aushärtung der verklebten Wärmetauscher
ist dadurch möglich, dass man den zusammengebauten Wärmetauscher
in einen Heizofen stellt. Dies lässt sich nicht auf das
komplette Leitungssystem eines fertig montierten Kühlschranks
einschließlich Kompressor, Plastikteile etc. übertragen,
da dieser bei der für das thermische Aushärten
des Klebstoffs erforderlichen Temperatur Schaden nimmt.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung dieses
Problems vor. Diese Lösung beruht darauf, dass man zum
Verbinden der Metallrohre eine Hülse verwendet, die entweder
ganz aus einem thermisch aktivierbaren und expandierbaren Klebstoff
besteht oder zumindest innen mit einem solchen Klebstoff beschichtet
ist, und dass man die Hülse nach dem Zusammenstecken der
Rohre erwärmt, so dass der Klebstoff expandiert und aushärtet,
wodurch die Hülse die beiden Rohre fest miteinander verbindet.
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Je
nach der Art und Weise, wie man das Erwärmen der Hülse
bewirkt, sind zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
möglich.
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Die
erste Ausführungsform besteht in einem Verfahren zur Verbindung
eines ersten Rohrs mit einem zweiten Rohr an jeweils einem Endteil,
wobei die Rohre miteinander dadurch verbunden werden, dass die Endteile
der zu verbindenden Rohre in eine Hülse so eingesteckt
werden, dass die Hülse die Endteile beider Rohre in einem Überlappungsbereich überlappt,
wobei die Hülse vollständig aus einem Klebstoff
besteht oder zumindest an ihrer Innenseite mit einem Klebstoff beschichtet
ist, und wobei der Klebstoff so ausgewählt wird, dass er
bei Temperaturen unterhalb von 30°C fest ist und nicht
ohne thermische Aktivierung aushärtet, jedoch beim Erwärmen
auf eine Temperatur oberhalb von 50°C expandiert und aushärtet,
wobei man
- a) bei der Herstellung der Hülse
in diese einen Heizfaden oder Heizdraht einbettet,
- b) die Hülse im Überlappungsbereich mit einer
Klemme so einspannt, dass die Hülse und die Endteile der beiden
Rohre gegeneinander fixiert werden,
- c) den Klebstoff mit Hilfe des Heizfadens oder Heizdrahts erwärmt,
so dass er expandiert und aushärtet und dadurch die Hülse
die beiden Rohre im Überlappungsbereich verbindet, und
- c) nach Aushärten des Klebstoffs die Klemme entfernt.
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Dabei
sorgt man dafür, dass die Enden des Heizfadens oder Heizdrahts
aus der Hülse heraus ragen, so dass sie mit elektrischen
Kontakten verbunden werden können. Zum Erwärmen
verbindet man in dieser Ausführungsform die beiden aus
der Hülse herausstehenden Enden des Heizfadens mit einer
Stromquelle und leitet durch den Heizfaden oder Heizdraht einen
Strom von einer solchen Stärke, dass der Klebstoff auf
seine Aktivierungstemperatur erwärmt wird. Die erforderliche
Stromstärke bzw. -spannung kann in Vorversuchen ermittelt
und an der Stromquelle fest eingestellt werden.
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Nach
dem Aushärten des Klebstoffes löst man die Enden
des Heizfadens oder Heizdrahts wieder von der Stromquelle. Falls
diese freien Enden die weitere Produktion stören, können
sie abgeschnitten werden. Vorteilhafterweise belässt man
sie jedoch an der Hülse, so dass sie bei der weiter unten
beschriebenen Trennung der beiden Rohre für Reparaturzwecke
wieder verwendet werden können.
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Bei
der Herstellung der Hülsen durch Extrusion oder im Spritzgussverfahren
kann der Heizfaden bzw. Heizdraht in der Spritzgussform vorgelegt
bzw. mit eingespritzt werden.
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Die
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht
in einem Verfahren zur Verbindung eines ersten Rohrs mit einem zweiten
Rohr an jeweils einem Endteil, wobei die Rohre miteinander dadurch verbunden
werden, dass die Endteile der zu verbindenden Rohre in eine Hülse
so eingesteckt werden, dass die Hülse die Endteile beider
Rohre in einem Überlappungsbereich überlappt,
wobei die Hülse vollständig aus einem Klebstoff
besteht oder zumindest an ihrer Innenseite mit einem Klebstoff beschichtet
ist, und wobei der Klebstoff so ausgewählt wird, dass er
bei Temperaturen unterhalb von 30°C fest ist und nicht
ohne thermische Aktivierung aushärtet, jedoch beim Erwärmen
auf eine Temperatur oberhalb von 50°C expandiert und aushärtet,
wobei man
- a) die Hülse im Überlappungsbereich
mit einer beheizbaren Klemme so einspannt, dass die Hülse
und die Endteile der beiden Rohre gegeneinander fixiert werden,
wobei die Klemme so ausgestaltet ist, dass sie die Rohre im Überlappungsbereich
erwärmen kann,
- b) den Klebstoff durch Erwärmen der Hülse
im Überlappungsbereichs mit Hilfe der beheizbaren Klemme thermisch
aktiviert, so dass er expandiert und aushärtet und dadurch
die Hülse die beiden Rohre im Überlappungsbereich
verbindet, und
- c) nach Aushärten des Klebstoffs die beheizbare Klemme
entfernt.
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Der
Unterschied zum einleitend beschriebenen Stand der Technik besteht
darin, dass der Klebstoff nicht unmittelbar vor dem Zusammenfügen
der Rohre in flüssiger Form im Bereich der Überlappung
der beiden Rohrstücke aufgebracht wird und beim Fügen
dieser Teile flüssig ist. Vielmehr wird der Klebstoff in
einer hierfür speziell eingerichteten Produktionsstätte
innen auf die Hülsen aufgetragen oder es werden direkt
die kompletten Hülsen aus dem Klebstoff gefertigt, was
beispielsweise durch Spritzguss oder vorzugsweise durch Extrusion
unter Erwärmen geschehen kann. Hülsenmaterial
und innen aufzubringender Klebstoff können auch co-extrudiert
werden, so dass die innen beschichteten Hülsen direkt als
zweischichtiges Extrudat erhalten werden.
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Der
Klebstoff kann also zentral beim Hersteller der Hülsen
aufgetragen oder zu Hülsen geformt werden und muss nicht
mehr dezentral an den Fertigungsorten der kompletten Kühlschränke
appliziert werden. Die vorgefertigten Hülsen müssen
dabei nicht bereits bei der Herstellung auf die erforderliche Länge
zugeschnitten werden. Vielmehr können die „Hülsen” auch
in Form eines längeren Rohrstücks oder eines Schlauchs
angeliefert und erst am Ort des Verbindens der Rohre auf die erforderliche
Länge zugeschnitten werden.
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Vorzugsweise
ist der Klebstoff bei Temperaturen unterhalb von 40°C,
zumindest unterhalb von 30°C fest. Dabei ist das Merkmal,
dass der Klebstoff „fest” sein soll, so zu verstehen,
dass dieser zumindest eine solche Viskosität aufweist,
dass er unter dem Einfluss der Schwerkraft nicht fließt.
Besteht die gesamte Hülse aus Klebstoff, bedeutet „fest”,
dass er bei der normalen Handhabung der Hülsen, beispielsweise
zur Verpackung und zum Versand oder auch beim Zusammenbau des Rohrleitungssystems
nicht deformiert wird. Jedoch muss die Hülse so weit nachgiebig
sein, dass sie unter der Kraft der Klemme auf die Rohrstücke
gepresst werden kann.
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Vorzugsweise
ist der Klebstoff zumindest bei Raumtemperatur (22°C) und
vorzugsweise auch bei 30°C nicht nur in diesem Sinne „fest”,
sondern auch nicht klebrig. Das Merkmal, „nicht klebrig” zu
sein, bedeutet, dass sich der Klebstoff beim Berühren mit
dem Finger nicht klebrig anfühlt und dass er nicht an Verpackungsmaterial
oder an anderen erfindungsgemäß ausgeformten Hülsen
haftet. Dieses und das vorgenannte Merkmal erlauben es, diese Hülsen
entweder einzeln verpackt, als Schlauch aufgewickelt oder als geschüttete Ware
zu versenden.
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Zum
Auftragen des Klebstoffs im Innenbereich der Hülsen, zur
Co-Extrusion von Hülsenmaterial und Klebstoff oder zur
Herstellung der kompletten Hülsen aus dem Klebstoff muss
dieser jedoch bei der Arbeitstemperatur für diesen Herstellungsprozess
fließfähig sein. Dies kann man beispielsweise
dadurch erreichen, dass man einen bei Temperaturen unterhalb von
30°C festen Klebstoff so weit erwärmt, dass er
fließfähig ist und beispielsweise durch Auspressen
aus einer Düse aufgetragen oder geformt werden kann. Beim
Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb von 30°C
nimmt der Klebstoff wieder den wie vorstehend definierten festen
Zustand an. Bei den thermisch aktivierbaren Klebstoffen darf die
Temperatur bei der Herstellung der Hülsen selbstverständlich
nicht oberhalb der Aktivierungstemperatur liegen.
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Weiterhin
kann der Klebstoff als Wasser- oder Lösemittel-haltige,
streichfähige Paste auf die Innenwand der Hülsen
aufgebracht werden. Nach Abdampfen des Wassers bzw. des Lösungsmittels
geht er in den erwünschten festen Zustand über.
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Das
Aushärten des Klebstoffs wird durch thermische Aktivierung
ausgelöst, worunter ein Erwärmen auf mindestens
50°C verstanden wird. Die tatsächlich erforderliche Mindesttemperatur
hängt von der Zusammensetzung des Klebstoffs ab. Unterhalb
der Aktivierungstemperatur härtet der Klebstoff nicht aus,
so dass er während Transport oder Lagerung der Hülsen
seine Klebekraft nicht verliert.
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Unter
einer „Klemme” wird hier jede Vorrichtung verstanden,
die geöffnet und geschlossen werden kann und die im geschlossenen
Zustand die beiden Rohre an den zu verbindenden Enden mechanisch
gegeneinander fixiert. In diesem Sinne gleichbedeutend mit „Klemme” könnten
auch die Begriffe „Klammer”, „Schelle”, „Manschette” oder ähnliche
Begriffe verwendet werden. Wichtig ist lediglich die Funktion, dass
die Klemme im Bereich der Überlappung der zu verbindenden
Rohre angebracht werden kann, die beiden Rohre gegeneinander so
lange fixiert, bis der Klebstoff ausgehärtet ist, und danach
wieder entfernt werden kann.
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Vorzugsweise
weist die Klemme zwei halbrunde Klemmbacken auf, deren Rundung an
Form und Durchmesser der Hülse angepasst ist. Weiterhin
weist die Klemme vorzugsweise eine Feder zum Zusammenhalten der
Klemmbacken auf. Diese Feder presst die Klemmbacken gegen die Hülse
und die darin steckenden zu verbindenden Rohre und fixiert diese
mechanisch, ohne dass eine weitere äußere Kraft
erforderlich ist. Zum Anbringen und zum Lösen der Klemme
wird die Feder so zusammengedrückt bzw. gedehnt, dass sich
die Klemmbacken öffnen.
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Als
Alternative zum Zusammenhalten der Klemmbacken durch Federkraft
könnten diese nach Aufbringen auf der Hülse auch
auf andere Weise zusammengepresst werden, beispielsweise durch Verschrauben oder
durch Anbringen eines elastischen Bandes. Dies ist jedoch aufwendiger
als die Verwendung einer Feder und daher weniger bevorzugt.
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Sofern
man die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wählt und eine beheizbare Klemme einsetzt, ist diese vorzugsweise
elektrisch beheizbar.
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Die
Hülse muss vor der Expansion und dem Aushärten
des Klebstoffs nicht als parallel zur Längsachse vollständig
geschlossenes Rohr vorliegen. Vielmehr kann sie parallel zur Längsachse
einen Spalt aufweisen, wodurch das Aufstecken auf die zu verbindenden
Rohrenden erleichtert werden kann. Es muss lediglich dafür
gesorgt werden, dass nach dem Zusammenpressen der Hülse
mit der Klemme und der Expansion und dem Aushärten des
Klebstoffs der Spalt durch den expandierten und gehärteten
Klebstoff verschlossen wird.
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Das
Erwärmen der Hülse bzw. der Klebstoffschicht im Überlappungsbereich
auf die Aushärtungstemperatur erfordert eine gewisse Mindestzeit.
In der Praxis liegt diese bei etwa 5 Minuten. Im Interesse eines
raschen Produktionsablaufs wird der Klebstoff vorzugsweise so gewählt,
dass er nach Erreichen der Aushärtungstemperatur innerhalb
von höchstens 15 Minuten soweit aushärtet, dass
die Klemme entfernt werden kann. Daher ist es im praktischen Arbeitsablauf
bevorzugt, dass man die beheizte Klemme für eine Zeitdauer im
Bereich von 5 bis 15 Minuten an der Hülse belässt,
bzw. dass man in der ersten Ausführungsform der Erfindung
den Heizdraht für eine Zeitdauer im Bereich von 5 bis 15
Minuten erwärmt.
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Die
Temperatur, die der Klebstoff zum Aushärten mindestens
erreichen muss, hängt von dessen chemischer Zusammensetzung
ab. Sie sollte mindestens 50°C betragen, damit der Klebstoff
unter warmen Umgebungsbedingungen nicht vorschnell aushärtet.
Vorzugsweise hat der Klebstoff eine Aushärtungstemperatur von
mindestens 70°C, insbesondere von mindestens 80°C.
Jedoch sollte die für das Aushärten erforderliche Temperatur
einen Wert von 150°C und insbesondere 130°C nicht überschreiten,
um eine mögliche thermische Schädigung des Rohrmaterials
zu verhindern, den Energieaufwand für das Aufheizen zu
begrenzen und den genannten raschen Arbeitstakt von höchstens
15 Minuten zu ermöglichen.
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Wie
vorstehend bereits betont, kann das erfindungsgemäße
Verfahren insbesondere bei der Herstellung von Kühlschränken
eingesetzt werden, um das Rohrleitungssys tem für das Kühlmedium
anzufertigen. Daher handelt es sich bei den erfindungsgemäß zu
verbindenden Rohren vorzugsweise um Rohre zum Transport des Kühlmediums
eines Kühlschranks. Dabei wird unter „Kühlschrank” jede
Einrichtung verstanden, die einen zu kühlenden Innenraum
aufweist, wobei die Wärme aus dem Innern des Kühlschranks über
einen Wärmetauscher durch das Kühlmedium abgeführt
und außerhalb des Kühlschranks über einen
weiteren Wärmetauscher an die Umgebung abgeführt
wird. Der Temperaturgradient zwischen dem Kühlmedium in
den Wärmetauschern innerhalb und außerhalb des
Kühlschranks wird bekanntermaßen über
einen Kompressor in Verbindung mit einem Verdampfer hergestellt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst daher der Begriff „Kühlschrank” auch
Geräte wie beispielsweise Kühltruhen, Gefrierschränke
und ähnliches.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist für die
gängigen Metalle geeignet, aus denen im Kühlschrankbau die
Metallrohre für das Kühlmedium gefertigt werden.
Dies sind insbesondere Kupfer bzw. Kupferlegierungen sowie Aluminium
bzw. Aluminiumlegierungen. Dabei sind folgende Materialkombinationen
möglich:
- a) erstes und zweites Rohr
bestehen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung,
- b) erstes und zweites Rohr bestehen aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung,
- c) das eine Rohr besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
und das andere Rohr besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
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Dabei
ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Alternative b) bevorzugt,
da sie im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik die Herstellung
von Kühlschränken mit einem besonders preisgünstigen
Leitungssystem für das Kühlmedium ermöglicht.
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Sofern
zumindest eines der Rohre aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
besteht, kann dieses zumindest im Überlappungsbereich vor
dem Aufbringen der Hülse einer chemischen Oberflächenbehandlung unterzogen
werden. Für Einzelheiten wird auf die Ausführungen
in dem zitierten Dokument
GB
2008462 verwiesen. Anstelle der dort bevorzugt eingesetzten
Chromatierung wird jedoch aus Umweltgründen ein chromfreies
Konversionsverfahren bevorzugt, beispielsweise eine Behandlung der
Aluminiumoberflächen mit einer sauren wässrigen
Lösung komplexer Fluoride mindestens eines der Elemente
B, Si, Ti, Zr. Hierfür können beispielsweise Verfahren
eingesetzt werden, wie sie in
EP
754 251 oder im dort einleitend zitierten Stand der Technik
vorgeschlagen werden.
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In
einer vorgezogenen Ausführungsform verwendet man einen
Klebstoff, der sein Volumen bei oder nach der thermischen Aktivierung
um mindestens 0,5%, vorzugsweise um mindestens 1%, jedoch vorzugsweise
maximal um bis zu 50%, insbesondere maximal um bis zu 25% vergrößert.
Hierunter ist zu verstehen, dass der Klebstoff zusätzlich
zur normalen und reversiblen thermischen Ausdehnung gemäß seinem
thermischen Ausdehnungskoeffizienten sein Volumen im Vergleich zum
Ausgangsvolumen bei Raumtemperatur (22°C) beim Erwärmen
auf die Aktivierungstemperatur irreversibel derart vergrößert,
dass es nach dem Wiederabkühlen auf Raumtemperatur um 0,5
bis 50%, vorzugsweise um 1 bis 25% größer ist
als zuvor. Der angegebene Expansionsgrad bezieht sich also auf das
Volumen des Klebstoffs bei Raumtemperatur vor und nach dem vorübergehenden
Erhitzen auf die Aktivierungstemperatur.
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Hierzu
enthält der Klebstoff vorzugsweise ein physikalisch oder
chemisch wirkendes Treibmittel, das bei der Aktivierung des Klebstoffs
selbst aktiviert wird und das durch Gasbildung oder Gas-Ausdehnung
das Volumen des Klebstoffs vergrößert. Bei physikalisch
wirkenden Treibmitteln ist die Volumenvergrößerung
eine physikalische Folge des Erwärmens von mit Gas oder
verdampfbarer Flüssigkeit gefüllten Mikrohohlkugeln. Bei
chemischen Treibmitteln wird durch eine chemische Reaktion ein Gas
abgespalten, welches die Volumenvergrößerung des
Klebstoffs bewirkt.
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Aufgrund
der Volumenvergrößerung nach der Aktivierung ist
es nicht erforderlich, dass die Hülse im Überlappungsbereich
der Rohre passgenau und/oder unter Krafteinwirkung auf die beiden
Rohrenden aufgesetzt wird. Vielmehr darf ein Luftspalt zwi schen
Klebstoff und Außenwand der Rohre verbleiben, was das Einstecken
der beiden Rohrteile in die Hülse erleichtert. Der weiter
oben beschriebene Längsspalt in der Hülse erleichtert,
falls vorhanden, das Aufstecken zusätzlich. Aufgrund der
Volumenvergrößerung füllt der Klebstoff nach
der Aktivierung diesen Luftspalt aus und verbindet hierdurch die
beiden Rohrteile kraftschlüssig.
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Geeignete
Treibmittel sind im Stand der Technik bekannt, z. B. ”chemische
Treibmittel” die durch Zersetzung Gase freisetzten oder ”physikalische
Treibmittel”, d. h. expandierende Hohlkugeln. Beispiele
für die erstgenannten Treibmittel sind Azobisisobutyronitril,
Azodicarbonamid, Di-Nitroso-pentamethylentetramin, 4,4'-Oxybis(benzolsulfonsäurehydrazid),
Diphenylsulfon-3,3'-disulfohydrazid, Benzol-1,3-disulfohydrazid, p-Toluolsulfonylsemicarbazid.
Besonders bevorzugt werden jedoch die expandierbaren Kunststoffmikrohohlkugeln
auf der Basis von Polyvinylidenchloridcopolymeren oder Acrylnitril/(Meth)acrylat-Copolymeren.
Diese sind z. B. unter den Namen ”Dualite” bzw. ”Expancel” von
den Firmen Pierce & Stevens
bzw. Casco Nobel im Handel erhältlich.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Verwendung
eines Klebstoffs, der sich nach Aktivierung ausdehnt, ist es nicht
erforderlich, dass sich der Klebstoff während oder nach
der Aktivierung verflüssigt, um die Klebefuge zwischen
den beiden Rohren vollständig auszufüllen. In
einer alternativen Ausführungsform kann man jedoch so vorgehen,
dass man auf Einsatz eines Treibmittels verzichtet und dass man einen
Klebstoff verwendet, der während des Aktivierungsschritts
zuerst (d. h. vor dem Abbinden) geschmolzen bzw. verflüssigt
wird, ohne dass hierbei eine über die übliche
Wärmeausdehnung hinausgehende Volumenvergrößerung
stattfindet. Während des Aufsteckens der Hülse
auf die Rohrenden ist der Klebstoff also noch fest. Das Aufschmelzen
bzw. Verflüssigen nach dem Aufstecken der Hülse
führt dazu, dass der Klebstoff aufgrund von Kapillarkräften
die Klebefuge zwischen Hülse und Rohren überbrückt,
zumal die Hülse durch die Klemme zusammengedrückt
wird. Er härtet dann in diesem Zustand aus, so dass eine
kraftschlüssige Verbindung zwi schen Hülse und
den beiden Rohren hergestellt wird. Das Aufschmelzen bzw. Verflüssigen
geschieht durch Wärmeeintrag mit Hilfe der beheizten Klemme.
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Für
das erfindungsgemäße Verfahren kann man einen
Klebstoff auf Basis von Polyurethanen, Epoxidharzen oder Acrylaten
verwenden, wobei der Begriff „Acrylat” substituierte
Acrylate wie Methacrylat einschließt.
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Beispiele
von Klebstoffen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden können, sind so genannte „reaktive Schmelzklebstoffe”.
Diese sind in geschmolzenen Zustand streichfähig, so dass
sie in diesem Zustand auf die Innenwandung der Hülse aufgebracht
werden können, ohne dass der Aushärtungs-Mechanismus
aktiviert wird. Dieser erfordert vielmehr ein Erwärmen
auf eine höher liegende Aktivierungstemperatur, bei der
ein latenter Härter für eine rektionsfähige
Bindemittel-Komponente (beispielsweise ein Präpolymer mit
Epoxid- oder Isocyanat-Gruppen) aktiviert wird.
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Beispielsweise
ist ein reaktiver Schmelzklebstoff geeignet, der in
EP 354 498 A2 näher
beschrieben wird. Dieser enthält eine Harzkomponente, mindestens
einen thermisch aktivierbaren latenten Härter für
die Harzkomponente sowie ggf. Beschleuniger, Füllstoffe,
Thixotropiehilfsmittel und weitere übliche Zusatzstoffe, wobei
die Harzkomponente durch Umsetzung von einem beim Raumtemperatur
festen Epoxidharz, einem bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharz
und einem linearen Polyoxypropylen mit Amino-Endgruppen erhältlich ist.
Die Epoxidharze werden in einer solchen Menge, bezogen auf das Polyoxypropylen
mit Amino-Endgruppen, eingesetzt, dass ein Überschuss an
Epoxidgruppen, bezogen auf die Aminogruppen, gewährleistet
ist. Als latenter Härter ist beispielsweise Dicyandiamid
geeignet. Für weitere Einzelheiten wird auf das genannte Dokument
verwiesen. Speziellere Ausführungsformen für einen
derartigen reaktiven Schmelzklebstoff sind in
WO 93/00381 offenbart. Auch diese
sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet.
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Weiterhin
können Epoxidharz-Strukturklebstoffe eingesetzt werden,
wie sie beispielsweise in
WO 00/37554 näher
beschrieben sind. Hierbei handelt es sich um Zusammensetzungen,
die a) ein Copolymeres mit mindestens einer Glasübergangstemperatur
von –30°C oder niedriger und gegenüber
Epoxiden reaktiven Gruppen oder ein Reaktionsprodukt dieses Copolymeren
mit einem Polyepoxid, b) ein Reaktionsprodukt aus einem Polyurethan-Prepolymer
und einem Polyphenol oder Aminophenol sowie c) mindestens ein Epoxidharz enthalten.
Um diese Zusammensetzungen wärmehärtbar zu machen,
enthalten sie zusätzlich einen latenten Härter
aus der Gruppe Dicyandiamid, Guanamine, Guanidine, Aminoguanidine,
feste aromatische Diamine und/oder Härtungsbeschleuniger.
Zusätzlich können sie Weichmacher, Reaktivverdünner,
Rheologie-Hilfsmittel, Füllstoffe, Netzmittel und/oder
Alterungsschutzmittel und/oder Stabilisatoren enthalten. Für
weitere Einzelheiten und konkrete Beispiele wird auf das genannte
Dokument verwiesen.
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Weiterhin
können für das erfindungsgemäße
Verfahren wärmehärtbare Schmelzklebstoffe auf
Epoxidharz-Basis mit folgender Zusammensetzung eingesetzt werden
(Mengenangaben in Gewichtsteilen):
| Rohstoff | Einsatzmenge (Gew.-Teile) |
| Epoxidharz | 450 |
| Mineralische
Füllstoffe (Silicate und Carbonate) | 360 |
| Nitril-Polymerkautschuk | 100 |
| Härter/Beschleuniger
(Dicyandiamid, Epoxidharz-Aminaddukt) | 30 |
| Expandierbare
Mikroholkugeln auf Acrylatbasis | 25 |
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Die
vorstehend beispielhaft genannten thermisch aktivierbaren Klebstoffsysteme
können mit oder ohne die weiter oben beschriebenen Treibmittel
formuliert werden, je nachdem, ob man eine Volumenvergrößerung
des Klebstoffs bei bzw. nach der thermischen Aktivierung anstrebt
oder nicht.
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Sofern
man eine Hülse verwendet, die vollständig aus
extrudiertem Klebstoff besteht, so setzt man hierfür vorzugsweise
einen Epoxidklebstoff ein. Zur verbesserten mechanischen Festigkeit
kann dieser faserverstärkt sein.
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Sofern
nicht die gesamt Hülse aus dem Klebstoff besteht, sondern
aus einem nicht reaktiven Material, und innen mit einer Klebstoffschicht überzogen
ist, kann das material der Hülse beispielsweise ausgewählt sein
aus einem Metall oder aus Kunststoff. Dicke und Nachgiebigkeit des
Hülsenmaterials müssen so aufeinander abgestimmt
sein, dass die Hülse durch die Klemmkraft der Klemme auf
die Rohre gepresst werden kann. Wählt man die Hülse
aus Metall, so ist Aluminium bevorzugt.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines Kühlschranks, der Rohre zum Transport
eines Kühlmediums aufweist, wobei man diese Rohre zumindest
teilweise nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Verfahren miteinander verbindet. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wurde weiter oben bereits erläutert, was unter
dem Begriff „Kühlschrank” zu verstehen
ist.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung einen Kühlschrank, der
Rohre zum Transport eines Kühlmediums aufweist, die ausschließlich
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und die nach dem
vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
miteinander verbunden worden sind. Zur Erläuterung des
Begriffs „Kühlschranks” gelten wiederum
die weiter oben gemachten Ausführungen. Das Besondere an
diesem Kühlschrank ist, dass die Rohre zum Transport des
Kühlmediums ausschließlich aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung bestehen und dass auf die Verwendung der
teureren Kupferrohre verzichtet werden kann.
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Die
vorstehend beschriebene Erfindung ermöglicht also insbesondere
eine rationellere Fertigung von Kühlschränken
und erlaubt es zusätzlich, als Material für die
Rohrleitungen für das Kühlmedium ausschließlich das
preisgünstige Aluminium einzusetzen.
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2 zeigt
schematisch, wie die Endteile zweier Rohre (1) und (2)
mit einer darüber gesteckten Hülse miteinander
verbunden werden können. In der hier beispielhaft gezeigten
Ausführungsform besteht die Hülse (6)
aus einem inerten Material und ist innen mit einer Klebstoffschicht
(5) beschichtet. Gezeigt ist der Zustand vor dem Zusammenpressen
von Hülse und Rohr-Endteilen mit einer Klemme und thermischem
Aushärten und ggf. Expandieren des Klebstoffs. In einer
alternativen Ausführungsform kann die gesamte Hülse
aus dem Klebstoff (5) bestehen.
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Wählt
man die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
erwärmt also die Hülse mit Hilfe eines Heizfadens
oder Heizdrahtes, kann dies bei geeigneter Ausführung eine
spätere Reparatur erleichtern. Dabei wählt man
vorzugsweise das Material der Hülse so, dass zumindest
der ausgehärtete Klebstoff, vorzugsweise das gesamte Material
der Hülse bei starkem Erwärmen wieder erweicht.
Die hierfür erforderliche Temperatur kann höher
sein als diejenige, die erforderlich war, um den nicht ausgehärteten
Klebstoff zu aktivieren. Zum Trennen der beiden Rohre verbindet
man die noch vorhandenen Enden des Heizfadens oder Heizdrahtes wiederum
mit einer Stromquelle und leitet durch den Heizfaden bzw. den Heizdraht
einen Strom von einer solchen Stärke, dass der Klebstoff
und vorzugsweise das gesamte Material der Hülse erweicht.
In diesem Zustand lassen sich die Rohre leicht aus der Hülse
herausziehen. Sie werden hierbei nicht beschädigt, so dass
sie nach der Reparatur wieder miteinander oder mit einem anderen
Rohr nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden
werden können.
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Daher
besteht ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem
Verfahren zum Trennen eines ersten Rohrs von einem zweiten Rohr,
nachdem das erste und das zweite Rohr nach dem vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahren in der ersten Ausführungsform
miteinander verbunden worden waren, wobei man das Material der Hülse
so ausgewählt hat, dass es nach dem Aushärten
des Klebstoffs beim Erwärmen erweicht, und wobei man den
Heizfaden oder Heizdraht so stark und so lange erwärmt,
bis das Material der Hülse erweicht, so dass die Rohre
aus der Hülse heraus gezogen werden können.
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Abbildungsunterschriften:
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1:
Beispiel einer Verbindung zweier Wärmeaustauscher-Rohre
(1) durch ein gekrümmtes Endrohr (3).
Die Wärmeaustauscher-Rohre sind im Überlappungsbereich
(4) mit dem Endrohr aufgeweitet. Der hierdurch entstehende
Spalt ist durch einen Klebstoff (5) gefüllt.
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2:
Erfindungsgemäßes Beispiel der Verbindung zweier
Rohr-Endteile (1) und (2) mit einer Hülse (6),
die innen mit einem Klebstoff (5) beschichtet ist. Zustand
vor Aushärten des Klebstoffs.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006/194543 [0006]
- - JP 2006/138468 [0006]
- - GB 2008462 [0007, 0033]
- - EP 754251 [0033]
- - EP 354498 A2 [0041]
- - WO 93/00381 [0041]
- - WO 00/37554 [0042]