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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, einen Wärmeübertrager,
hergestellt nach dem Verfahren, sowie einen Wärmeübertrager
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
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Heutige
Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge sind
vorwiegend gelötete Ganzaluminiumwärmeübertrager,
wobei sämtliche Teile des Wärmeübertragers
in einem Arbeitsgang gelötet werden (so genannte Komplettlötung).
Bevor die Wärmeübertrager zur Lötung
in einen Lötofen verbracht werden, müssen die
einzelnen Teile des Wärmeübertragers wie beispielsweise
Rohre, Rippen, Rohrböden, Sammel- und/oder Verteilerkästen
fixiert werden, damit eine vollständige Verlötung
erfolgen kann. Die Wärmeübertrager werden auf
einer Lötvorrichtung, so genannten Lötgestellen,
während des Lötens platziert, wobei die Lötgestelle
zusätzlich die Funktion der Fixierung und Halterung übernehmen.
Die Lötgestelle müssen bei unterschiedlichen Typen
von Wärmeübertragern speziell angepasst werden,
was relativ hohe Investitionskosten erfordert.
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Durch
die
DE 198 26 881
A1 der Anmelderin wurde ein als Flachrohrverdampfer ausgebildeter Ganzaluminiumwärmeübertrager
bekannt, welcher in einem Arbeitsgang gelötet wird. Der
Verdampfer besteht einerseits aus ei nem Block, welcher aus Flachrohren
und Wellrippen aufgebaut ist, sowie aus Sammelkästen, welche
aus Aluminiumblech hergestellt sind. Ferner weist der bekannte Verdampfer
Kältemittelanschlussrohre auf, welche auf Anschlussstutzen
(Durchzüge) an der Stirnseite der Sammelkästen aufgesteckt
werden. Die Anschlussrohre werden somit einerseits durch Kraftschluss
auf den Durchzügen für den Lötprozess
fixiert, andererseits aber auch über speziell angepasste
Lötgestelle, welche die Anschlussrohre während
des Lötprozesses in Position halten, damit sich eine kältemitteldichte,
druckfeste Lötverbindung zwischen den Enden der Anschlussrohre
und den Durchzügen der Sammelkästen ausbilden
kann. Je nach Typ können die Anschlussrohre relativ lang
und sperrig sein, sodass aufwändige Lötgestelle
erforderlich werden. Nachteilig ist auch, dass der Lötofen
infolge des zusätzlichen Raumbedarfes durch die Lötgestelle
mit einer geringeren Anzahl von Wärmeübertragern
bestückt werden kann.
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Durch
die
DE 198 49 449
A1 wurde ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragern
bekannt, bei welchem einzelne Wärmeübertragerbauteile
gelötet und andere mittels Laserstrahlschweißen
miteinander verbunden werden. Beispielsweise werden bei dem bekannten
Verfahren die Verbindungen zwischen Rohren und Rohrboden durch Löten und
die Verbindung zwischen Rohrboden und Sammelkasten durch Laserstrahlschweißen
hergestellt. Dem bekannten Verfahren liegt das Problem zu Grunde,
dass ein tiefgezogener Sammelkasten aus Aluminiumblech sich nicht
mit einem Rohrboden bzw. einem Wärmeübertragerblock,
bestehend aus Rohren und Rippen, verlöten lässt,
weil durch die Wärmeeinwirkung beim Lötprozess
ein Verzug des Sammelkastens auftritt und damit eine Lötverbindung
zwischen Sammelkasten und Rohrboden nicht darstellbar ist. Voraussetzung
für eine optimale Lötung ist, dass während
des Lötprozesses ein definierter, möglichst enger
Lötspalt eingehalten wird. Durch das Laserstrahlschweißen
erfolgt nur ein minimaler Wärmeeintrag auf den Sammelkasten,
sodass dieser verzugfrei mit dem Rohrboden verschweißt
werden kann.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches wirtschaftlicher arbeitet und
die Herstel lungskosten für den Wärmeübertrager,
insbesondere den Verdampfer senkt. Insbesondere ist es Aufgabe der
Erfindung, den Wärmeübertrager, insbesondere den
Verdampfer ohne Verwendung einer aufwändigen Lötvorrichtung
herzustellen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass in einem ersten Arbeitsgang oder Verfahrensschritt
der Wärmeübertrager mit Block und Sammelkästen,
d. h. ohne die Anschlussrohre gelötet wird, welche in einem
zweiten Arbeitsgang oder Verfahrensschritt durch Laserschweißen
mit dem gelöteten Wärmeübertrager, insbesondere
dessen Sammelkasten respektive Sammelkästen verbunden werden.
Der gesamte Wärmeübertrager einschließlich
Anschlussrohre wird somit nicht mehr in einem einzigen Arbeitsgang,
einer so genanten Komplettlötung, hergestellt, sondern
in zwei verschiedenen Arbeitsgängen, einem Lötprozess
und einem Laserschweißprozess. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird der Vorteil erreicht, dass während des Lötprozesses
auf ein aufwändiges Lötgestell verzichtet werden
kann. Damit entfallen Investitionskosten, und es kann gleichzeitig
eine größere Anzahl von Wärmeübertragern
in einer Lötcharge im Lötofen platziert werden,
da diese – wegen Fortfalls der raumbeanspruchenden Anschlussrohre – enger
gesetzt werden können. Der Lötofen ist besser
ausgelastet, der Energiebedarf sinkt und damit auch die Herstellkosten.
Der Investitionsaufwand für die dem Lötofen nachgeschaltete Laserschweißanlage
ist einmalig, da die Laserschweißanlage für unterschiedliche
Typen von Wärmeübertragern verwendet werden kann.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Anschlussrohre
vor dem Laserschweißen gegenüber dem gelöteten
Wärmeübertrager derart fixiert, dass die Enden
der Anschlussrohre auf entsprechende Anschlussstutzen aufgesteckt oder
in Anschlussstutzen hineingesteckt werden, wodurch eine reibschlüssige
Fixierung erreicht wird. Durch diese Vorbereitung und den engen
Spalt zwischen den zu verbindenden Teilen wird eine saubere, kältemitteldichte
stoffschlüssige Verbindung erreicht. Der Laserstrahl wird
bei der Verschweißung um 360 Grad um das Anschlussrohr
bzw. den Anschlussstutzen herumgeführt, sodass eine umlaufende Schweißnaht
entsteht. Vorzugsweise wird die Laserstrahlschweißung mit
einem Nd:YAG-Laser (Festkörperlaser) durchgeführt.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Wärmeübertrager
mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 gelöst. Danach
sind der Block, bestehend aus Rohren und Rippen, sowie die Sammelkästen
stoffschlüssig durch Löten miteinander verbunden,
während die Enden der Anschlussrohre stoffschlüssig
durch Laserschweißen mit dem Wärmeübertrager
bzw. dessen Sammelkasten verbunden sind. Alle Teile des fertigen
Wärmeübertrages sind somit stoffschlüssig
miteinander verbunden. Vorteilhaft ist, dass die Schweißverbindung
eine höhere Festigkeit als eine entsprechende Lötverbindung
aufweist, sodass dadurch eine größere Sicherheit
gegen Undichtwerden dieser Verbindung, die infolge der langen Hebelarme
der Anschlussrohre einer erhöhten Biegebeanspruchung ausgesetzt
ist, gegeben ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei
sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale
und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen
perspektivischen Ausschnitt eines Verdampfers mit Anschlussstutzen,
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2 eine
Draufsicht auf den Verdampfer mit Anschlussstutzen,
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3 eine
Draufsicht auf den Verdampfer mit auf- bzw. eingesteckten Anschlussrohren,
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4 eine
Ansicht einer Schweißverbindung für das ausgangsseitige
Anschlussrohr und
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5 eine
Ansicht der Schweißverbindung für das eingangsseitige
Anschlussrohr.
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1 zeigt
in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt eines als Verdampfer
1 ausgebildeten
Wärmeübertragers, welcher in seiner Bauart im Wesentlichen
dem Verdampfer gemäß der eingangs genannten
DE 198 26 881 A1 der
Anmelderin entspricht. Der Verdampfer
1 ist somit Teil
eines nicht dargestellten Kältemittelkreislaufes für
eine Kraftfahrzeugklimaanlage.
1 zeigt einen
zweiteiligen Sammelkasten
2 mit einer eingangsseitigen
Kammer
2a und einer ausgangsseitigen Kammer
2b,
welche durch eine Längstrennwand
2c voneinander
abgeteilt sind. An der Stirnseite der eintrittsseitigen Kammer
2a ist
ein Anschlussstutzen
3 und an der Stirnseite der ausgangsseitigen
Kammer
2b ein Anschlussstutzen
4 angeordnet, dessen
Durchmesser etwas größer als der des Anschlussstutzens
3 ist
(aufgrund des größeren spezifischen Volumens des
Kältemittels am Austritt). Bezüglich des weiteren
Aufbaues und der Funktion des Verdampfers
1 wird auf die
vorgenannte Druckschrift der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarungsgehalt
vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen
wird.
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2 zeigt
den Ausschnitt des Verdampfers 1 in einer Ansicht von oben
(Draufsicht), wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile
verwendet sind.
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3 zeigt
die Anschlussstutzen 3, 4 des bereits gelöteten
Verdampfers 1 mit gefügten Anschlussrohren 5, 6.
Das eingangsseitige Anschlussrohr 5, welches im Durchmesser
kleiner als das ausgangsseitige Anschlussrohr 6 ist, weist
ein im Durchmesser verringertes Rohrende 5a auf, welches
in den Anschlussstutzen 3 hineingesteckt ist und mit diesem eine
reibschlüssige Verbindung bildet, welche für eine
Fixierung des Anschlussrohres 5 ausreichend ist. Das ausgangsseitige
Anschlussrohr 6 weist ein im Durchmesser verringertes Rohrende 6a auf,
welches leicht konisch ausgebildet ist und auf den Anschlussstutzen 4 aufgesteckt
ist, sodass auch hier eine reibschlüssige Verbindung zwecks
Fixierung hergestellt ist.
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4 zeigt
das ausgangsseitige Anschlussrohr 6, welches durch eine
Schweißnaht 7 mit dem Anschlussstutzen 4 kältemitteldicht
verbunden ist. Die Schweißnaht 7 ist durch Laserstrahlschweißen, vorzugsweise
mit einem Nd:YAG-Laser als umlaufende Schweißnaht (360
Grad Umfangswinkel) hergestellt. Dabei erstreckt sich die Schweißnaht 7 von der
Wandung des Rohrendes 6a radial nach innen bis in die Wandung
des Anschlussstutzens 4, sodass zwischen beiden Teilen
eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt ist.
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5 zeigt
die Verbindung vom eingangsseitigen Anschlussrohr 5 mit
dem Anschlussstutzen 3 durch eine umlaufende Schweißnaht 8,
welche sich von der Wandung des Anschlussstutzens 3 radial nach
innen bis in die Wandung des Rohrendes 5a erstreckt, sodass
auch zwischen diesen beiden Teilen eine umlaufende stoffschlüssige
Verbindung hergestellt ist. Vorzugsweise können beide Laserschweißnähte 7, 8 in
einem Arbeitsgang hergestellt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt
ab:
Zunächst wird der Verdampfer 1, wie er
teilweise in den 1, 2 dargestellt
ist, d. h. umfassend den Sammelkasten 2 mit Anschlussstutzen 3, 4 sowie
einen nicht dargestellten Block, bestehend aus Rohren und Rippen,
in einem nicht dargestellten Lötofen verlötet.
Alle Teile des Verdampfers 1 bestehen aus Aluminiumwerkstoffen
und werden hartgelötet, d. h. bei Temperaturen von ca.
450 Grad Celsius und mehr. Nach dem Lötprozess wird der
Verdampfer 1 dem Lötofen entnommen und einer nicht
dargestellten Laserschweißanlage oder -vorrichtung zugeführt.
Dort werden die Anschlussrohre 5, 6 auf die Anschlussstutzen 3, 4 aufgesteckt
bzw. eingedrückt, sodass diese reibschlüssig gegenüber
dem gelöteten Verdampfer 1 fixiert sind. Anschließend
werden die Schweißnähte 7, 8 durch
einen umlaufenden Laserstrahl gelegt, wobei der Laserstrahl jeweils
bis zum innen liegenden Teil, d. h. dem Anschlussstutzen 4 bzw.
dem Rohrende 5a eindringt. Da durch das Laserstrahlschweißen
nur ein geringer Wärmeeintrag in die zu verbindenden Teile
erfolgt, kann dieses Schweißverfahren ohne Beeinträchtigung
der bereits vorhandenen Lötverbindungen am Verdampfer 1 durchgeführt
werden. Der Abstand der Schweißnähte 7, 8 von
der nächstgelegenen Lötnaht (hier nicht dargestellt)
wird also hinreichend groß gewählt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19826881
A1 [0003, 0016]
- - DE 19849449 A1 [0004]