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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Verlötung eines Bauteils. Auch betrifft die Erfindung einen Wärmeübertrager mit einer Vielzahl von zu verlötenden Flächen.
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Stand der Technik
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Bei Wärmeübertragern ist die Verlötung der einzelnen Bauelemente des Wärmeübertragers von wesentlicher Bedeutung für die Dichtigkeit und damit für die Funktionsfähigkeit des Wärmeübertragers, aber auch für die Dauerhaltbarkeit und für die geforderte Lebensdauer des Wärmeübertragers.
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Insbesondere bei Wärmeübertragern für einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage ist die im Wesentlichen vollständige Verlötung der zu verlötenden Flächen der Bauelemente wichtig, weil die auftretenden Innendrücke als Betriebsdrücke relativ hoch sind. So ist bei Gaskühlern oder Verdampfern für einen CO2-Kältemittelkreislauf der maximale Betriebsdruck im Bereich von etwa 100 bar, so dass die Gefahr der Leckage bei nur teilweiser Verlötung groß ist, was dann zu einem Ausfall des Wärmeübertragers führen würde. Bei Gaskühlern ist die Gestaltung der Sammelrohre zum Teil derart ausgeführt, dass ein Deckel und ein Boden miteinander verlötet werden, wobei der Deckel und der Boden zwischen sich zwei Längskanäle bilden, die parallel verlaufen und außenseitig von dem Deckel bzw. Boden umgriffen sind, wobei jeweils ein Längsrand des Deckels mit einem Längsrand des Bodens verbunden ist und die äußere seitliche Wandung des Längskanals bilden, wobei zwischen den beiden Längskanälen jeweils eine Vielzahl von Flächen von Boden und Deckel aufeinander liegen und miteinander zu verlöten sind, wobei zwischen benachbarten Flächen des Bodens bzw. des Deckels ein Kommunikationskanal zur Fluidkommunikation zwischen den Längskanälen vorgesehen ist. Dadurch sind die zu verlötenden Flächen des Sammelrohrs zwischen den beiden Längskanälen relativ klein, wobei eine sichere Verlötung dennoch gewünscht ist.
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Wird allerdings keine sichere flächige Verlötung der Vielzahl der Flächen bewirkt, kann bei Feststellung der mangelnden Verlötung gegebenenfalls manuell noch einmal nachgelötet werden, bevor der Wärmeübertrager in einem Kältemittelkreislauf eingesetzt wird.
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Durch die Druckschriften
DE 94 01 711 und
DE 101 33 315 wird lediglich die Lage von Teilbereichen eines Objekts oder die Maßhaltigkeit von Werkstücken bestimmt, wobei auch bei einer mangelnden Verlötung von Bauelementen eines Bauteils die Bauelemente lagerichtig angeordnet sind. Dabei ist lediglich die flächige Verbindung der Bauelemente nicht vollständig gewährkleistet. Mit den genannten Verfahren nach dem stand der Technik kann daher eine mangelnde Verlötung nicht festgestellt werden.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Prüfung der Verlötung eines Bauteils zu schaffen, das die vollständige Verlötung und eine nicht vollständige Verlötung sicher erkennt, so dass die nicht vollständig verlöteten Bauteils ausgesondert und gegebenenfalls nachbearbeitet werden können. Auch ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Wärmeübertrager mit einer Vielzahl von zu verlötenden Flächen zu schaffen, an welchem ein Verfahren zur Prüfung der Verlötung geeignet durchgeführt werden kann, so dass der Ausschuss bezüglich nicht verlöteter reduziert werden kann, weil als nicht vollständig verlötet erkannte Wärmeübertrager der Nachbehandlung zugeführt werden können.
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Die Aufgabe zum Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Verlötung eines Bauteils mit den Schritten:
- – Bereitstellung der Bauelemente des Bauteils, wobei zu verlötende Flächen der Bauelemente zumindest teilweise mit Lot versehen sind,
- – Zusammenfügen der Bauelemente zu dem Bauteil, wobei die zu verlötenden Flächen der miteinander zu verlötenden Bauelemente aneinander angelegt werden,
- – wobei zumindest einzelne der zu verlötenden Flächen mit einer Durchgangsbohrung versehen sind,
- – Verlötung der Bauelemente,
- – optische Prüfung der zumindest einen Durchgangsbohrung, ob sich darin aufgeschmolzenes und wieder erstarrtes Lot angesammelt hat.
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Im Falle, dass in der jeweiligen Durchgangsbohrung ein aufgeschmolzenes und wieder erstarrtes Lot erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass die beiden Bauelemente im gesamten Bereich der beiden um die Durchgangsbohrung sich erstreckenden und sich im Wesentlichen berührenden Flächen verlötet ist. Also kann bei Nichterkennen eines solchen Lots in der Durchgangsbohrung auf ein nicht vollständiges Verlöten oder gar auf ein Nichtverlöten geschlossen werden.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die optische Prüfung erkennt, ob sich in einer Durchgangsbohrung ein Lotmeniskus gebildet hat oder sich in einer Durchgangsbohrung ein die Wandung der Durchgangsbohrung benetztes Lot befindet. Dabei führt die optische Prüfung also dazu, eine solche Befüllung oder Benetzung von Lot in der Durchgangsbohrung erkannt wird, so dass auch eine vollständige Verlötung geschlossen werden kann. Alternativ kann auch die Tiefe der Durchgangsbohrung erkannt werden, wobei bei einer Tiefe nach dem Löten, die kleiner ist als die Ausgangstiefe vor dem Löten, auch auf eine Lotbefüllung und somit auf eine vollständige Verlötung geschlossen werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine optische Überprüfung aller Durchgangsbohrungen erfolgt. So kann die vollständige Prüfung der relevanten Bereiche des Bauteils durchgeführt werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Überprüfung der Durchgangsbohrung automatisiert mittels eines optischen bildgebenden Elements, wie einer Kamera, erfolgt. So kann das bildgebende Element, wie die Kamera, derart eingesetzt werden, um einzelne oder alle Durchgangsbohrungen zu überprüfen. Dabei wird ein Bild der Durchgangsbohrung erzeugt, das ausgewertet wird. Mittels Vergleich der Bilddaten mit einem vorgebbaren Datensatz kann entschieden werden, ob die Durchgangsbohrung mit Lot benetzt oder zumindest teilweise befüllt ist. Anderenfalls wäre kein Lot in der Durchgangsbohrung erkannt, was auf eine unvollständige Verlötung oder auf eine Nichtverlötung schließen lässt.
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Alternativ kann die Überprüfung der Durchgangsbohrung auch visuell durch einen Beobachter, wie eine Person, erfolgen. Dies wäre dann vorteilhaft, wenn die Durchgangsbohrungen nicht gut für eine Kamera zugänglich wären oder der finanzielle Aufwand für ein Verfahren mit Kamera zu hoch wäre.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Überprüfung der Durchgangsbohrung automatisiert durch eine Aufnahme von Bilddaten und eine anschließende Auswertung der aufgenommenen Bilddaten erfolgt. So kann vorteilhaft eine automatisierte Überprüfung sehr rational erfolgen und auch zum Nachweis der Prüfung und des Prüfungsergebnisses könnten die Daten gespeichert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Überprüfung der Durchgangsbohrungen für eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen gleichzeitig erfolgt. So kann der Aufwand für die Überprüfung reduziert werden, weil mehrere Durchgangsbohrungen mit einem Prüfungsschritt geprüft werden könnten. Damit könnte die Zeitdauer für die Überprüfung reduziert werden, was Kosten spart.
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Auch kann es alternativ vorteilhaft sein, wenn die Überprüfung der Durchgangsbohrungen für jede Durchgangsbohrung einzeln erfolgt. So kann eine besonders hohe Genauigkeit erreicht werden, wenn die Kamera beispielsweise sehr nahe an die jeweilige Durchgangbohrung führbar ist, was eine hohe Bildqualität bewirkt.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Wärmeübertragers wird mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft einen Wärmeübertrager als gelötetes Bauteil mit einer Mehrzahl von Bauelementen, die miteinander zu verlötende Flächen aufweisen, die von dem Löten im Wesentlichen aneinander angelegt sind, wobei zumindest einzelne der zu verlötenden Flächen mit einer Durchgangsbohrung versehen sind, mittels welcher eine Überprüfung der Verlötung mittels optischer Mittel zugänglich ist. Dabei sind die Durchgangsbohrungen derart gestaltet, dass sich beim Löten darin ein geschmolzenes Lot ansammeln kann, welches beim Abkühlen erstarrt und in der Durchgangsbohrung verbleibt, was später optisch detektiert werden kann. Die optische Detektion hat dabei den Vorteil, dass die Prüfung im Wesentlichen berührungsfrei und zerstörungsfrei durchgeführt werden kann. So kann gegebenenfalls eine vollständige Prüfung aller gelöteter Bauteile durchgeführt werden. Alternativ kann jedoch auch nur jeweils eine Stichprobe genommen und überprüft werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die miteinander zu verlötenden Bauelemente jeweils Flächen aufweisen, die miteinander verlötbar sind, wobei von zwei miteinander verlötbaren Flächen jeweils eines Bauelements, eines der Bauelemente im Bereich der verlötbaren Fläche eine Durchgangsbohrung aufweist, welche zur optischen Überprüfung der Verlötung der beiden Flächen dient. Da vorteilhaft nur in einer der Flächen bzw. nur in einer der Wandungen, welche die Flächen tragen, eine Durchgangsbohrung eingebracht wird, kann das Bauteil dennoch fluiddicht gelötet werden. Auch kann die Durchgangsbohrung im Durchmesser so klein eingebracht werden, dass die Stabilität des Bauteils nicht unter der Durchgangsbohrung leidet.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeübertrager zumindest ein Sammelrohr aufweist, welches einen Boden und einen Deckel aufweist, die miteinander verlötbar sind, wobei der Boden und der Deckel jeweils Flächen aufweisen, die miteinander verlötbar sind, wobei in dem Boden oder in dem Deckel Durchgangsbohrungen im Bereich der die Flächen aufweisenden Wandungen eingebracht sind. So kann die Verlötung von Boden und Deckel an kritischen stellen überprüft werden, um die Verlötung und damit die Druckfestigkeit zu prüfen.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Boden oder der Deckel eine Vielzahl von mit Flächen des Deckels oder des Bodens verlötbare Flächen aufweist, die jeweils in einer Reihe angeordnet sind, wobei benachbarte Flächen von Deckel und/oder Boden durch Vertiefungen voneinander getrennt sind, welche im verlöteten Zustand einen Fluidkanal bilden. Dadurch kann die Prüfung entlang der Reihe und insbesondere entlang einer Längserstreckung des Sammelrohrs erfolgen. Dadurch kann die Druckfestigkeit in Längsrichtung des Sammelrohrs indirekt geprüft werden.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn das Sammelrohr zwei Sammelkanäle aufweist, welche beabstandet voneinander angeordnet sind und mittels der Fluidkanäle miteinander kommunizieren. So kann eine vorteilhafte Ausgestaltung insbesondere für einen Gaskühler für das Kältemittel CO2 erreicht werden.
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Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Boden Öffnungen aufweist, in welche Enden von Rohren eines Rohrblocks einführbar und mit diesen verlötbar sind. So kann das Sammelrohr mit den Rohren des Rohrblocks verbunden sein. Vorteilhaft sind zwei solcher Sammelrohre vorgesehen, die an den jeweiligen Enden der Rohre des Rohrblocks angeordnet sind, wobei die Rohre mit ihren jeweiligen Enden in Öffnungen des Bodens des jeweiligen Sammelrohrs eingreifen.
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Für den Prozess der Verlötung der Flächen ist es vorteilhaft, wenn die Durchgangsbohrungen in den Wandungen im Bereich der zu verlötenden Flächen mittels Stanzung eingebracht sind. Dies bewirkt vorteilhaft, dass ein Grat entsteht, der in Richtung auf die gegenüberliegende Fläche gerichtet ist und als Keim fungiert, um die Verlötung dort zu initiieren.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Durchgangsbohrungen im Bereich der zu verlötenden Flächen einen vorragenden Grat aufweisen. Dieser Grat kann ein um die Durchgangsbohrung umlaufender Grat sein, der die Verlötung fördert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Sammelrohr in Seitenansicht gemäß dem Stand der Technik,
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2 das Sammelrohr nach 1 im Schnitt,
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3 ein erfindungsgemäßes Sammelrohr in Seitenansicht,
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4 das Sammelrohr nach 3 im Schnitt im unverlöteten Zustand, und
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5 das Sammelrohr nach 3 im Schnitt im verlöteten Zustand.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt in einer Seitenansicht ein Sammelrohr 1 eines Wärmeübertragers gemäß dem Stand der Technik, wobei in 2 ein Schnitt I-I durch das Sammelrohr 1 gezeigt ist. Das Sammelrohr 1 weist eine Längserstreckung auf, wobei entlang der Längserstreckung des Sammelrohrs eine Vielzahl von Rohren 2 eines Rohrblocks mit ihren Enden in Öffnungen 3 des Sammelrohrs 1 eingreifen. Der Wärmeübertrager ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass er einen Rohrblock aufweist mit einer Vielzahl von Rohren, wobei zwischen den Rohren optional Rippen, wie Wellrippen, angeordnet sein können. Die Rohre 3 des Rohrblocks greifen dabei bevorzugt an ihren beiden Enden in Öffnungen von jeweils einem Sammelrohr 1 ein. Die Rohre 3 des Rohrblocks sind vorzugsweise extrudierte oder geschweißte oder gelötete Rohre. Als extrudierte Rohre 3 sind es weiterhin bevorzugt so genannte Multiportrohre (MPE), welche eine Mehrzahl von Kanälen aufweisen.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch das Sammelrohr 1 entlang der Linie I-I der 1. Man erkennt darin einen Boden 4 und einen Deckel 5, die miteinander verbunden sind. Zwischen Boden und Deckel sind zwei Fluidkanäle 6 gebildet, die parallel zueinander ausgerichtet sind und die über quer verlaufende nicht gezeigte Kanäle kommunizieren. Die beiden Bauelemente Deckel 5 und Boden 4 sind an verschiedenen Stellen miteinander verbunden. Dazu weisen Boden 4 und Deckel 5 Flächen 7, 8 auf, an welchen sie sich berühren und an welchen sie miteinander verlötet sind. Dabei sind die Flächen 8 Flächen, die sich an den Rändern von Boden 4 und Deckel 5 erstrecken und das Sammelrohr 1 in ihrer Längserstreckung abdichtet. Die Flächen 7 sind Flächen, die zwischen den Fluidkanälen 6 Boden 4 und Deckel 5 miteinander verbinden. Die Flächen 7 sind dabei etwa quadratisch ausgebildet und entlang von Deckel 5 und Boden 4 beanstandet zueinander angeordnet. Zwischen zwei Flächen 7 von Boden 4 oder Deckel 5 sind die Kanäle zur Überströmung zwischen den beiden Fluidkanälen 6 angeordnet. Die Verlötung der Flächen 7 ist dabei für die Druckfestigkeit des Sammelrohrs von Bedeutung. Allerdings ist bei der Vielzahl von zu verlötenden Flächen 7 die tatsächliche Verlötung nicht zerstörungsfrei prüfbar.
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Die 3 zeigt in einer Seitenansicht ein Sammelrohr 11 eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, wobei in den 4 und 5 ein Schnitt II-II durch das Sammelrohr 1 gezeigt ist. Das Sammelrohr 11 entspricht dabei im Wesentlichen dem Sammelrohr der 1 und 2, wobei jedoch in den Flächen 17 eine Durchgangsbohrung 18 im Bereich des Deckels 5 eingebracht ist. Diese Durchgangsbohrung 18 ist dabei bevorzugt mittig der Fläche 17 des Deckels 5 eingebracht. Die Durchgangsbohrung greift vollständig durch den Deckel durch. Alternativ könnte die Durchgangsbohrung auch im Boden 4 eingebracht sein. Dabei ist die Beobachtung der Durchgangsbohrung 18 im Deckel 5 jedoch einfacher zu erreichen. Die Durchgangsbohrungen 18 sind in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in die Wandungen des Deckels im Bereich der zu verlötenden Flächen mittels Stanzung eingebracht. Dies bewirkt, dass die Durchgangsbohrungen im Bereich der zu verlötenden Flächen einen vorragenden Grat aufweisen. Dieser dient als Lötinitiator zum Verlöten der Flächen 17.
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Die 4 zeigt in einem Schnitt durch das Sammelrohr 11 entlang der Linie I-I der 3, dass die Durchgangsbohrung 18 leer ist, was auf eine nicht vollständige Verlötung der Flächen 17 hindeutet.
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Die 5 zeigt hingegen in einem Schnitt durch das Sammelrohr 11 entlang der Linie I-I der 3, dass die Durchgangsbohrung 18 mit Lot gefüllt ist, was auf eine vollständige Verlötung der Flächen 17 hindeutet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung der Verlötung eines Bauteils umfasst vorteilhaft die folgenden Schritte:
- – Die Bereitstellung der Bauelemente des Bauteils, wobei zu verlötende Flächen der Bauelemente zumindest teilweise mit Lot versehen sind. So kann entweder der Deckel und/oder der Boden beispielhaft mit Lot versehen sein.
- – Das Zusammenfügen der Bauelemente zu dem Bauteil, wobei die zu verlötenden Flächen der miteinander zu verlötenden Bauelemente aneinander angelegt werden. Bei einem Wärmeübertrager als Bauteil werden die Sammelrohre und die Rohre des Rohrbocks zusammen gefügt.
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Dabei sind zumindest einzelne der zu verlötenden Flächen 17 mit einer Durchgangsbohrung 18 versehen.
- – Es folgt die Verlötung der Bauelemente.
- – Danach erfolgt eine optische Prüfung der zumindest einen Durchgangsbohrung 18, ab sich darin aufgeschmolzenes und wieder erstarrtes Lot angesammelt hat.
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Dabei kann durch die optische Prüfung erkannt werden, ob sich in einer Durchgangsbohrung 18 ein Lotmeniskus gebildet hat oder sich in einer Durchgangsbohrung 18 ein die Wandung der Durchgangsbohrung 18 benetztes Lot befindet.
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Dabei kann die optische Überprüfung aller Durchgangsbohrungen 18 vorgesehen sein. Alternativ können auch beispielsweise stichprobenartig ausgewählte Durchgangsbohrungen 18 überprüft werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Überprüfung der Durchgangsbohrung 18 automatisiert mittels eines optischen bildgebenden Elements 19, wie einer Kamera. Diese kann mit einer Aufnahme oder mit einer Mehrzahl von Aufnahmen die Durchgangsbohrungen 18 mittels Bilddaten aufnehmen und mittels einer Steuereinheit 20 können die Bilddaten ausgewertet werden.
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Alternativ kann die Überprüfung der Durchgangsbohrung 18 visuell durch einen Beobachter erfolgen. Dieser erkennt dann, ob die aktuell beobachtete Durchgangsbohrung 18 mittels Lot zumindest teilweise befüllt oder benetzt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 9401711 [0005]
- DE 10133315 [0005]
