-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen einer Kühlvorrichtung, die ein Bauteil, das zusammen mit einem eine Anbindung von Kühlrohren enthaltenden Teil ein Kühlflüssigkeit führendes Bauteil bildet, sowie ein Halterungsbauteil aufweist, durch Verschweißen. Derartige Verfahren werden eingesetzt, um auf möglichst wirtschaftliche Weise fahrzeugspezifische Halterungen an derartigen Kühlvorrichtungen, vor allen Kondensatoren von Kfz-Klimaanlagen, anzubringen, und dabei trotzdem die mechanischen Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit, die vom Hersteller vorgegeben werden, zu erfüllen.
-
Aus dem Stand der Technik ist die
JP 2006-297437 A bekannt, in welcher ein Halterungsbauteil mit Hilfe von reibungsverschweißten Nieten an einem Kühlersammelrohr angebracht wird. Die mit einem derartigen Verfahren erzeugte Verbindung ist in den
1a bis
1c dargestellt. Nachteilig bei derartigen Befestigungsverfahren ist zum Einen der höhere Materialaufwand, vor allen Dingen aber die Gefahr von Leckagen an den Nieten bzw. Reibschweißverbindungen der Stifte, sowie allgemein der erhöhte Montageaufwand (mehr Bedienpersonal, höherer Preis, mehr Montageraum) und die geringere Flexibilität in Bezug auf Designänderungen. Dennoch wird die Vernietung mit Hilfe des Reibschweißverfahrens eingesetzt, da eine sehr feste Verbindung erzeugt wird.
-
Demgegenüber stellt sich die vorliegende Anmeldung die Aufgabe, ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen einer Kühlvorrichtung herzustellen, welche die oben genannten Probleme überwindet, aber gleichzeitig eine hohe Festigkeit bereitstellt, die auch den hohen Belastungen in Transport der Komponenten sowie im nachfolgenden Einsatz stand hält.
-
Diese Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 genannten Verfahren gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen einer Kühlvorrichtung vorgesehen, welche ein Bauteil, das zusammen mit einem eine Anbindung von Kühlrohren enthaltenden Teil ein Kühlflüssigkeit führendes Bauteil bildet, sowie ein Halterungsbauteil aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
- - Anlegen des Halterungsbauteils an eine Außenseite des Kühlflüssigkeit führenden Bauteils, und
- - Verschweißen der beiden Bauteile von der Innenseite des Kühlflüssigkeit führenden Bauteils aus. Die Innenseite ist die dem Halterungsbauteil abgewandte Seite des Kühlflüssigkeit führenden Bauteils.
-
Auf diese Weise ist es möglich, eine hochstabile Verbindung der beiden Bauteile zu erzeugen, die mit weniger Montageaufwand (weniger Bedienpersonal, weniger erforderliche Montagekenntnisse) hergestellt werden kann, vor allen Dingen aber die Gefahr von Leckagen vermeidet und so für eine qualitativ höherwertige Kühlvorrichtung sorgt. Durch das Verschweißen von der Innenseite aus ist nach außen hin keine Schweißnaht sichtbar. Zusätzliche verfahrenstechnische Vorteile ergeben sich durch die dem Verschweißen geschuldete größere Prozessstabilität, die Abwesenheit zusätzlicher Verformungsschritte (Biegen), der geringere Platzbedarf für die Montage sowie die Kostenverringerung, da keine Nieten mehr benötigt und keine entsprechenden Löcher im Halterungsbauteil sowie in der Kühlvorrichtung ausgebildet werden müssen. Im Gegensatz zu von außen wirkenden Verfahren werden durch das Verschweißen von der Innenseite aus die äußeren Oberflächen der Bauteile, an der diese miteinander in Kontakt stehen, nicht nachteilig beeinträchtigt, insbesondere bilden sich dort keine Überzüge oder Oberflächenunregelmäßigkeiten, was für nachgeschaltete Arbeitsschritte vorteilhaft ist.
-
Bevorzugt erfolgt das Verschweißen mit Hilfe eines CMT-(Cold Metal Transfer-)Schweißverfahrens. Dieses Schweißverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass während der Phase des Anwendens des Lichtbogens ein Füllmetall zum Schweißpunkt geführt wird, sobald dieses Füllmetall jedoch den Schweißpunkt erreicht, der Lichtbogen unterbrochen und der Schweißstrom verringert werden, so dass bei dem nachfolgenden Zurückziehen des Schweißdrahts eine nahezu ideale Tropfenformung und Ablösung des Schweißtropfens erfolgt (während eines kurzzeitigen, niederstromigen Kurzschlusses). Nachfolgend wird die Bewegung des Schweißdrahts wieder in die Vorwärtsrichtung umgekehrt und der Prozess wiederholt sich.
-
Besonders bevorzugt sind das Kühlflüssigkeit führende Bauteil und das Halterungsbauteil aus verschiedenen Metallen hergestellt, wobei insbesondere das Kühlflüssigkeit führende Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und das Halterungsbauteil aus Stahl hergestellt sind. Auf diese Weise ist es möglich, einerseits den Anforderungen an die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kühlvorrichtung gerecht zu werden, andererseits die hohe Stabilität des Werkstoffs des Halterungsbauteils auszunutzen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Verschweißen ein Verlöten der Bauteile in einem Lötofen, bevorzugt mit Hilfe eines CAB-(Controlled Atmosphere Brazing-)Verfahrens. Auf diese Weise wird die vom Verschweißen auf der Innenseite des Kühlflüssigkeit führenden Bauteils erzeugte Oxidschicht der Schweißstelle bei den im Vergleich zum Schweißverfahren höheren Temperaturen des CAB-Ofens karbonisiert und die Schweißstelle sauber gemacht, so dass nachfolgend keine weiteren Reinigungsschritte mehr erforderlich sind und die Innenoberfläche der die Kühlflüssigkeit führenden Komponente bereits den Betriebsvorgaben entspricht.
-
Insgesamt lassen sich folgende weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens nennen, nämlich die fehlende Porosität der Schweißverbindung, die Vermeidung von Leckagen durch die Schweißverbindung, im Wesentlichen keine sichtbare Schweißstelle, d.h. kein vorspringendes Schweißmaterial, keine thermische Belastung des Schweißbereichs, keine Beeinträchtigung der Oberflächen für das nachfolgende Lötverfahren.
-
Figurenliste
-
- 1a und b zeigen eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht herkömmlich verbundener Bauteile eines Kondensators.
- 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3 zeigt schematisch die Phasen des erfindungsgemäß bevorzugten CMT-Schweißverfahrens, das von der Innenseite des Kühlflüssigkeit führenden Bauteils zur Verbindung mit dem Halterungsbauteil durchgeführt wird,
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäß fertig verschweißten Bauteile,
- 5 zeigt die erfindungsgemäß verschweißten Bauteile von der Innenseite aus, vor der Behandlung in einem CMB-Ofen,
- 6 zeigt eine Querschnittsansicht der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile.
-
Wie in 1a und 1b dargestellt ist, werden im Stand der Technik zum Verbinden der Bauteile 1, 2 einer Kühlvorrichtung, hier eines Kondensators 3 einer Kfz-Klimaanlage, mit Reibschweißverfahren eingebrachte Nieten 4 eingesetzt. Diese werden durch das Halterungsbauteil 1, welches eine entsprechende Öffnung 1a benötigt, von der Außenseite 1b in das zumeist halbrohr- oder rohrförmige, ebenfalls mit einer Öffnung 2a zu versehende Bauteil 2 des die Kühlflüssigkeit führenden Teils des Kondensators 3 eingebracht. Das in diesem Beispiel halbrohrförmige Bauteil 2 wird nachfolgend zur Ausbildung des Kühlflüssigkeit führenden Kanals 6 (Sammler) mit dem unteren Teil 5 des Kondensators 3 verbunden.
-
Mit Bezug auf 2 bis 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Wie in 2 dargestellt, wird zunächst das halbrohrförmige Bauteil 12, das zusammen mit einem die Anbindung der Kühlrohre enthaltenden Teil 15 des Kondensators später den Kühlflüssigkeit führenden Kanal oder Sammler 16 bildet (siehe 4 und 6), mithilfe von Fixiereinrichtungen 17 und Anschlägen 18 eingespannt. Das Halterungsbauteil 11 wird an eine Außenseite 12a des halbrohrförmigen Bauteils 12 angelegt und nachfolgend die Spitze 21 einer Schweißvorrichtung 20 von der Innenseite 12b des halbrohrförmigen Bauteils 12 zugestellt, um das halbrohrförmige Bauteil 12 und das Halterungsbauteil 11 zu verschweißen. Dabei kommt vorzugsweise das CMT-(Cold Metal Transfer-)Schweißverfahren zum Einsatz, bei welchem der metallische Fülldraht 22 abwechselnd auf die Schweißstelle 23 zugestellt und zurückgezogen wird und so die Schweißstelle 23 stets flach und präzise eingebracht wird.
-
Dies ist in 3 dargestellt. In Phase I wird der Fülldraht 22 durch den Lichtbogen 24 zur Schweißstelle 23 an der dem Halterungsbauteil abgewandten Innenseite 12b des Kühlflüssigkeit führenden Bauteils 12 bewegt. An der Schweißstelle 23 bildet sich dabei ein Schweißbad. Das zum Verschweißen beitragende aufgeschmolzene Metall ist in der 3 durch Punkte an der Schweißstelle 23 schematisch angedeutet. Sobald der Fülldraht 22 die Schweißstelle 23 erreicht und in das dort sich bildende bzw. gebildete Schweißbad eintaucht, wird der Schweißstrom (Kurzschluss-Strom) verringert und der Lichtbogen ausgelöscht (Phase II). Anschließend wird in Phase III der Fülldraht 22 zurückgezogen, was zum Ablösen des Schweißtropfens 25 in der Kurzschluss-Phase beiträgt. Der Strom wird weiterhin gering gehalten. In Phase IV wird Strom wieder erhöht, der Lichtbogen 24 wieder entzündet und der Fülldraht 22 erneut zur Schweißstelle 23 zugestellt. Der Prozeß beginnt wieder von vorne.
-
In 4 bis 6 ist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Produkt, nämlich ein Kondensator 13 einer Kfz-Klimaanlage, dargestellt. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind die beiden Bauteile 11 und 12 ohne zusätzliche Befestigungsmittel wie Nieten oder Schrauben durch Verschweißen an der Schweißstelle 23 verbunden. Es stehen weder Befestigungsmittel nach außen noch nach innen vor, wie deutlich der perspektivischen Ansicht der 4, der Innenansicht der 5 und dem Querschnitt der 6 zu entnehmen ist.
-
Wie in 5 zu sehen ist, ist die Schweißstelle noch mit schwarzem Schweißrückstand 26 verunreinigt. Unter anderem um diese Verunreinigung zu entfernen und ein innen sauberes Sammlerrohr zu erhalten, werden in einem weiteren hier nicht dargestellten Verfahrensschritt nach dem Verschweißen die verbundenen Bauteile in einen CAB-(Controlled Atmosphere Brazing-)Ofen eingeführt, wo die Bauteile zusätzlich verlötet werden und dadurch die anliegenden Oberflächen 11c und 12c von Halterungsbauteil 11 und Kühlflüssigkeit führenden Bauteil (Sammlerrohr) 12 mechanisch optimal verbunden werden. Durch die hohe Temperatur im CAB-Ofen können die Schweißrückstände vollständig verkohlt und entfernt werden.
-
Eingangs wurde erwähnt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren keine Beeinträchtigung der sich berührenden Oberflächen 11c, 12c der Bauteile, zum Beispiel durch Schweißnähte etc. erfolgt. Insbesondere wird durch das Verschweißen die Verbindung ohne zusätzliche Verformung oder Materialbeanspruchung auf ein Spaltmaß von weniger als 0,05 mm reduziert. Dies bedeutet wiederum, dass beim Verlöten der Fluß zwischen den Oberflächen maximiert und so ein optimales Lötergebnis erzielt werden kann. Die so gebildete Verbindung zwischen den Bauteilen hält einer Zugkraft von bis zu 500 N statt, was mehr als das Doppelte der durch die Hersteller geforderten Festigkeit entspricht.
-
Weitere Vorteile der Erfindung sind der geringere Energieverbrauch (weniger Wärmeeintrag) des CMT-Schweißverfahrens sowie die damit zusammenhängende geringere Schadstoffbelastung (beispielsweise im Vergleich zum MIG-Schweißen) sowie die rückstandsfreien Oberflächen, insbesondere nach Verwendung des CAB-Verfahrens.
