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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1.
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Die Verwendung von Wärmetauschern insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen ist in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. So werden beispielsweise Wärmetauscher eingesetzt, um das Kühlwasser einer flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskraftmaschine durch den Fahrtwind zu kühlen. Ebenfalls ist es bekannt, durch Verwendung von Abgaswärmetauschern die bei dem Verbrennungsprozess entstehenden Abgase zu kühlen oder aber auch Betriebsstoffe, insbesondere das Öl eines Kraftfahrzeugs, durch entsprechende Wärmetauscher zu kühlen.
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Die zwei bekanntesten Bauformen von Wärmetauschern, die im Kraftfahrzeug eingesetzt werden, sind zum einen Rohrbündelwärmetauscher, zum anderen Plattenwärmetauscher. Zur Erhöhung der jeweiligen Oberflächen, so dass hierüber ein erhöhter Wärmetausch stattfinden kann, ist die Verwendung von Lamellenblechen oder aber entsprechenden Kühlrippen ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt.
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Insbesondere zur Herstellung von Plattenwärmetauschern gibt es verschiedene Ansätze. So werden beispielsweise verschiedene Lamellenpakete und/oder Schalen übereinander gelegt und miteinander verlötet. Beispielsweise ist ein solches Herstellungsverfahren aus der
WO 2011/154175 A2 bekannt. Während des Lötverfahrens selber kommt es dabei zu einem Setzen bzw. Absacken der einzelnen, übereinander gestapelten Schalen bzw. Lamellenbleche. Hierzu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Gewichte zu benutzen, mit denen zunächst die einzelnen Schalenpakete verlötet werden und anschließend die Schalenpakete in eine Kassette verbracht werden und innerhalb der Kassette bzw. äußeren Schale in einem weiteren Lötvorgang wiederum verlötet werden. Somit sind mindestens zwei Lötvorgänge notwendig, um den Aufbau des Plattenwärmetauschers innen- und außenseitig zu komplettieren.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist zum einen, dass auch die zur Herstellung benötigten Gewichte mit erwärmt werden müssen, was eines zusätzlichen Energieeintrags bedarf. Ebenfalls werden durch die mehrfach durchgeführten Lötoperationen strömungsoptimierte Oberflächen der Lamellenbleche oder aber auch der einzelnen Schalen negativ beeinflusst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik ein Herstellungsverfahren für einen Plattenwärmetauscher aufzuzeigen, mit dem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers für ein Kraftfahrzeug ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- – Bereitstellen einer Oberschale und einer Unterschale sowie eines Lamellenbleches zur Herstellung eines Lamellenpaketes,
- – Einlegen des Lamellenbleches in die Unterschale und Aufsetzen der Oberschale auf die Unterschale, wobei bevorzugt mehrere Lamellenpakete übereinander gestapelt werden,
- – Bereitstellen einer Wärmetauscherkassette und Einführen des Lamellenpaketes in die Wärmetauscherkassette,
- – Einführen von Hülsenbauteilen in Ausnehmungen an einer Unterseite der Wärmetauscherkassette,
- – Einlegen der so bereitgestellten Wärmetauscherkassette in einen Lötofen, wobei die Wärmetauscherkassette mit den Hülsenbauteilen auf einem Untergrund aufliegt und Verlöten der einzelnen Bauteile, wobei die Lamellenpakete während des Lötvorganges aufgrund eines Absackens der Wärmetauscherkassette in Richtung der Erdanziehungskraft zusammengepresst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit insbesondere durch den einstufigen Lötvorgang aus, wobei das Absacken der einzelnen Schalen sowie Lamellenbleche zueinander aufgrund der Erdanziehungskraft zum einen durch das Eigengewicht der Bauteile hervorgerufen wird, zum anderen insbesondere für die oberen Lamellenpakete durch das Gewicht der Wärmetauscherkassette. Während des Lötvorgangs werden diese derart zusammengedrückt, dass sie dichtend, insbesondere fluiddicht, abschließen. Im Rahmen der Erfindung liegen dann insbesondere die Hülsenbauteile auf einem Untergrund in dem Lötofen auf. Die Hülsenbauteile stützen dann insbesondere das unterste Lamellenpaket gegenüber dem Untergrund ab. Während des Lötvorgangs selber senken sich die einzelnen Lamellenpakete durch ihr Eigengewicht gegeneinander ab. Gleichzeitig wird jedoch das Gewicht der gesamten, außen umlaufenden Wärmetauscherkassette über das oberste Lamellenpaket entlang aller darunter liegender Lamellenpakete auf die Hülsenbauteile übertragen. Die äußere Wärmetauscherkassette senkt sich jedoch aufgrund der Erdanziehungskraft derart gegenüber den Hülsenbauteilen ab, dass die Hülsenbauteile in die Unterseite der Wärmetauscherkassette eingefahren werden. Mithin ist keinerlei Beschwerung der Wärmetauscherkassette notwendig, da sich diese ausschließlich über ihr Eigengewicht hinreichend absenkt.
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Zwischen den einzelnen Schalen, mithin den Oberschalen und Unterschalen zueinander, sowie den Lamellenblechen, wird insbesondere eine Lotpaste aufgetragen, die die Fluiddichtigkeit während des Lötvorgangs der Bauteile zueinander herstellt. Ebenfalls die Hülsenbauteile sind zumindest im Bereich der Ausnehmung mit einer Lotpaste oder aber einem Lotzusatzwerkstoff beaufschlagt, so dass diese die Wärmetauscherkassette fluiddicht abschließen und nach Abschluss des Herstellungsverfahrens innerhalb des so hergestellten Plattenwärmetauscher verbleiben. Hierzu werden die Hülsenbauteile selbst in der Ausnehmung verlötet, wobei die Hülsenbauteile in der Ausnehmung bevorzugt dann verlötet werden, wenn alle Bauteile sich abgesenkt haben.
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Im Rahmen der Erfindung werden die Hülsenbauteile als Fräsbauteile oder Drehbauteile ausgebildet, sie können jedoch auch als Gussbauteile ausgebildet sein. Die Hülsenbauteile weisen eine zylindrische Form auf, insbesondere die Form eines Hohlzylinders, wobei die Hülsenbauteile an einem oberen Ende einen Kragen aufweisen können. Insbesondere können die Hülsenbauteile derart bemessen sein, dass sie das zu erwartende Absacken bzw. eine Wärmeausdehnung oder aber Schwindung während des Lötvorgangs derart ausgleichen, dass sie in ihrer Länge derart bemaßt sind, dass nach dem vollständigen Absacken aller Schalen und Lamellenbleche zueinander ein oberes Ende des Hülsenbauteils mit der Außenmantelfläche der Wärmetauscherkassette abschließt. Insbesondere kommt ein umgestellter oder ausgebildeter Kragen am Ende des Hülsenbauteils an einer Außenmantelfläche der Wärmetauscherkassette zur Anlage, so dass gegebenenfalls hierauf aufgetragene Lotpaste das Hülsenbauteil mit der Außenmantelfläche der Wärmetauscherkassette fluiddicht verlötet.
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Damit die einzelnen Bauteile, mithin die Oberschale und die Unterschale sowie das Lamellenblech, gegebenenfalls in einem Abstand zueinander verbleiben, weisen diese bevorzugt Abstandshalter in Form von Ausprägungen oder aber externen Bauteilen auf. So kommen die einzelnen Ausprägungen bereits durch das Zusammenstecken der Bauteile bei der Vorpositionierung oder aber spätestens bei Absacken der Bauteile zueinander formschlüssig zur Anlage. Im Rahmen der Erfindung können die Ausprägungen bzw. die Abstandshalter jeweils auch miteinander verlötet werden.
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Insbesondere ist es durch Einsatz einer Lotpaste, die zugleich ein Lot wie auch Flussmittel beinhaltet, möglich, die Plattenwärmetauscher als derartiges Lotbauteil herzustellen, das in nur einem Lötvorgang fluiddicht miteinander gekoppelt wird bei gleichzeitiger hoher Produktionssicherheit aufgrund des Absackens und damit Minimierung der entstehenden Lotspate sowie Auffüllen mit Lot, so dass der Plattenwärmetauscher an allen Lotstellen fluiddicht ausgebildet wird. Aufgrund des Verzichts von externen Gewichten sowie der Durchführung eines einstufigen Lötvorgangs ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders energiesparend.
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Insbesondere können jedoch hierdurch die eingesetzten Bauteile, insbesondere die Oberflächen der Bauteile, strömungsoptimiert vorbehandelt werden, wobei die Vorbehandlung durch ein Polieren, insbesondere durch ein Elektropolieren, durchgeführt wird. Die so vorbehandelte strömungsoptimierte Oberfläche wird durch den einstufigen Lötvorgang nicht beschädigt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, dass das Hülsenbauteil selbst direkt als Anschlussflansch ausgebildet ist. Das Hülsenbauteil wird somit derart hergestellt, dass es innen hohl ist und einen offenen Boden aufweist, der dann eine fluidleitende Verbindung mit mindestens einem Kanal des Plattenwärmetauschers herstellt. An das Hülsenbauteil in Form eines Anschlussflanschs ist es wiederum möglich, dann einen Schlauch oder aber ein Rohr zur Weiterführung bzw. Zu- oder Ableitung des Fluids anzuschließen.
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Im Rahmen der Erfindung sind die Oberschale und/oder Unterschale der einzelnen Lamellenpakete derart ausgebildet, dass sie im Querschnitt U-förmig jeweils ineinander greifen, wobei in einem Innenbereich zwischen Oberschale und Unterschale ein Lamellenblech angeordnet wird. Die in Längsrichtung ausgebildeten Enden der Oberschale und/oder der Unterschale sind gegenüber einer Fläche der jeweiligen Schale versetzt angeordnet, so dass bei einem Übereinanderstapeln mehrerer Lamellenpakete jeweils die in Längsrichtung ausgebildeten Enden der Schalen flächig aufeinander liegen und durch den Lötprozess fluiddicht miteinander gefügt werden. Somit wird dann zwischen Oberschale und Unterschale ein erster Kanal gebildet und jeweils zwischen den Lamellenpaketen ein zweiter Kanal ausgebildet. Der erste Kanal ist dann stirnseitig der Wärmetauscherkassette von einem ersten Medium einströmbar, wobei der zwischen den Lamellenpaketen ausgebildete zweite Kanal beispielsweise seitlich der Wärmetauscherkassette durch ein zweites Medium erreichbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers,
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2 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Plattenwärmetauschers und
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3 eine Draufsicht.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Plattenwärmetauscher 1 in einer Querschnittsansicht gemäß der Schnittlinie A-A aus 2. Der Plattenwärmetauscher 1 weist eine äußere Wärmetauscherkassette 2 auf, wobei innerhalb der Wärmetauscherkassette 2 sechs Lamellenpakete angeordnet sind. Ein jeweiliges Lamellenpaket besteht dabei aus einer Oberschale 3 sowie einer Unterschale 4 und schematisch angedeutet einem zwischen Oberschale 3 und Unterschale 4 angeordnetem Lamellenblech 5. An der Wärmetauscherkassette 2 ist ebenfalls seitlich angeordnet ein Zufluss 6 für ein nicht näher dargestelltes Medium.
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Damit die Lamellenpakete, mithin Oberschale 3, Lamellenblech 5 und Unterschale 4, sich bei dem Lötvorgang nicht nur aufgrund ihres Eigengewichts untereinander setzen bzw. absacken, sind ferner Hülsenbauteile 7 unterhalb der untersten Unterschale 4 angeordnet, wobei die Hülsenbauteile 7 auf einem Untergrund U eines nicht näher dargestellten Lötofens aufliegen. Aufgrund der Erdanziehungskraft E werden die einzelnen Schalenbauteile sowie die darin befindlichen Lamellenbleche 5 in Richtung der Erdanziehungskraft E während des Lötvorgangs durch das Eigengewicht der Wärmetauscherkassette zusammengedrückt.
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Die Wärmetauscherkassette 2 senkt sich dabei, wie in 2 dargestellt, in Richtung der Erdanziehungskraft E ab und drückt auf die oberste Oberschale 3, wobei hierdurch wiederum die in Richtung der Erdanziehungskraft E ausgeübte Druckkraft auf die darunter befindlichen Schalenbauteile 3, 4 und darin dazwischen befindlichen Lamellenbleche 5 bis auf die Hülsenbauteile 7 weitergegeben werden. Nach Abschluss des Lötvorgangs liegt ein, auf der rechten Bildebene in 2 dargestellten Seite, Kragen 8 des Hülsenbauteils 7 an einer Außenmantelfläche 9 der Wärmetauscherkassette 2 an und wird bevorzugt ebenfalls mit dieser verlötet, so dass das Hülsenbauteil 7 fluiddicht gekoppelt ist.
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Zwischen Oberschale 3 und Unterschale 4 ist ein erster Strömungskanal 10 ausgebildet und zwischen den jeweiligen Schalen ist ein zweiter Strömungskanal 11 ausgebildet. Damit die einzelnen Schalen zueinander beabstandet sind, weisen diese Ausprägungen 12 auf, die bevorzugt formschlüssig aneinander liegen. An den längsseitigen Enden 13 der Schalen 3, 4 weisen diese bevorzugt ein zu der Fläche 14 der jeweiligen Schale versetzten Flansch 15 auf, wobei die verletzten Flansche 15 von einer jeweiligen Oberschale 3 und Unterschale 4 formschlüssig analog zu den Ausprägungen 12 zur Anlage kommen und ebenfalls während des Lötvorgangs fluiddicht verlötet werden. Hierdurch wird der Eintritt 16 und Austritt 17 zu dem ersten Strömungskanal 10 fluiddicht ausgebildet, so dass ein durch den Zufluss 6 geleitetes Strömungsfluid anschließend durch den ersten Strömungskanal 10 auf der Eintrittsseite fließt und im Anschluss daran auf der Seite des Austritts 17 herausströmt. Zwischen den Schalen befindet sich der zweite Strömungskanal 11 durch das ein nicht näher dargestelltes zweites Fluid geleitet wird. 3 zeigt eine Unteransicht mit eingesetzten Hülsenbauteilen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Plattenwärmetauscher
- 2
- Wärmetauscherkassette
- 3
- Oberschale
- 4
- Unterschale
- 5
- Lamellenblech
- 6
- Zufluss
- 7
- Hülsenbauteil
- 8
- Kragen zu 7
- 9
- Außenmantelfläche
- 10
- erster Strömungskanal
- 11
- zweiter Strömungskanal
- 12
- Ausprägung
- 13
- längsseitiges Ende
- 14
- Fläche
- 15
- Flansch
- 16
- Eintritt
- 17
- Austritt
- E
- Erdanziehungskraft
