DE102018212294A1 - Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers und Wärmeübertrager - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers und Wärmeübertrager Download PDF

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Stefan Hirsch
Florin MOLDOVAN
Thomas SCHIEHLEN
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers (1) mit Rohren (2), die längsendseitig in zugehörigen Durchzügen (3) eines Rohrbodens (4) eines Sammlers (5) fixiert sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass- die Durchzüge (3) mittels Fräsen oder Reißen zunächst teilweise in den Rohrboden (4) eingebracht werden, wobei ein Restboden (7) mit einer Restbodendicke d von 1 µm ≤ d ≤ 200µm verbleibt und wobei eine Innenkontur (8) der Durchzüge (3) komplementär zu einer Außenkontur (9) der Wärmeübertragerrohre (2) ausgebildet ist, so dass diese passgenau in den zugehörigen Durchzügen (3) aufnehmbar sind,- auf der Außenkontur (9) der Wärmeübertragerrohre (2) und/oder an der Innenkontur (8) der Durchzüge (3) eine Klebstoffschicht (11) durch ein Kaschieren einer Klebstofffolie oder eines Klebstofffilms aufgebracht wird,- die Wärmeübertragerrohre (2) mit einem längsendseitigen Rohrwandabschnitt (12) in einen jeweils zugehörigen Durchzug (3) am Rohrboden (4) eingeschoben werden und der Restboden (7) durchstoßen bzw. ausgestanzt wird,- die Klebstoffschicht (11) zum Verkleben der Wärmeübertragerrohre (2) in den Durchzügen (3) erhitzt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers mit Wärmeübertragerrohren, die längsendseitig in zugehörigen Durchzügen eines Rohrbodens eines Sammlers fixiert werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach diesem Verfahren hergestellten Wärmeübertrager.
  • Bereits seit Jahrzehnten werden Kühlmodule für die Kältemittelanwendung und die Kühlmittelanwendung gefertigt, deren Fertigung gemeinhin mit Werkstoffen erfolgt, die sich für eine Verlötung eignen, beispielsweise Edelstahl, Kupfer oder Aluminium. Diese Werkstoffe sind als Halbzeuge mit Lot beschichtet. Die Lotplattierung der Halbzeuge besteht aus einer Materialschicht, die einen niedrigeren Schmelzpunkt, als das Grundmaterial aufweist. Zur Verlötung werden die Teile verspannt und anschließend in einem Ofen unter einer Temperatur, die nahe an den Schmelzpunkt des Grundmaterials heranreicht, verlötet. Hierzu sind unter anderem beispielsweise Flussmittel von Nöten, die die außen befindliche Oxidschicht aufbrechen bzw. lösen. Flussmittel besitzen jedoch den Nachteil, dass sie gesundheitsschädlich sind; zudem können Rückstände auf den Bauteilen verbleiben, die sich negativ auf die geforderte Bauteilreinheit auswirken. Die Verlötung kann außerdem sinnvollerweise nur artgleiche Materialien miteinander verbinden, um beispielsweise thermische Längendehnungen aufzunehmen oder diese erst gar nicht entstehen zu lassen. Ebenso sollten aus korrosionstechnischer Sicht keine Potentialunterschiede von variierenden Materialien vorhanden sein. Die Verlötung kann dann erfolgreich verlaufen, wenn verschiedene Randbedingungen, wie folgt eingehalten werden: Entfetten der Teile (derzeit mit PER), Stapeln und Verspannen der lotplattierten Halbzeuge, Lötung im Ofen bei um die 650 °C für mehrere Stunden, Dichtprüfen der Teile und ggf. Nachlöten, wenn die Teile undicht sein sollten. Dieser Prozess ist jedoch sehr zeit-, kosten- und ressourcenintensiv, was sich negativ auf die CO2-Bilanz auswirkt.
  • Aus der DE 10 2015 215 045 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers bekannt, bei dem auf einer Außenseite von Wärmeübertragerrohren eine Klebstoffschicht durch ein Kaschieren einer Klebstofffolie oder eines Klebstofffilms aufgebracht wird. Hierzu wird ein insbesondere aufheizbarer Aufweitdorn genutzt.
  • Aus der DE 10 2015 225 684 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, bei welchem hohle Adapterstücke vorgesehen sind, die einenends einen ersten Abschnitt und anderenends einen zweiten Abschnitt besitzen. Jedes Adapterstück ist dabei mit dem ersten Abschnitt mit einem zugehörigen Durchzug eines Rohrbodens oder mit einem ersten Abschnitt eines benachbarten Adapterstücks zur Bildung eines Rohrbodens mittels eines Klebstoffs verklebt. Jedes Adapterstück ist darüber hinaus mit dem zweiten Abschnitt mit dem Rohr verklebt.
  • Aus der DE 10 2014 218 694 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers mit einer Verbindung zwischen zwei Elementen eines Wärmeübertragers bekannt, wobei die beiden Elemente an jeweils zumindest einer Kontaktfläche miteinander verbindbar sind. Zumindest eines dieser Elemente ist im Bereich der jeweiligen Kontaktfläche mit einer Klebstofffolie beaufschlagt und wird darüber verklebt.
  • Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern bzw. den hierfür eingesetzten Herstellverfahren ist jedoch das vergleichsweise aufwändige Handling beim Löten, welches zunächst ein Entfetten der miteinander zu verlötenden Teile erfordert, wozu beispielsweise PER eingesetzt wird, welches jedoch nicht nur kostenintensiv, sondern auch kritisch in Bezug auf die Umwelt ist. Darüber hinaus erfordert ein Verlöten der einzelnen Teile einen hohen Energieeinsatz, was die Herstellung ebenfalls verteuert. Auch die Lote selbst sind teure Werkstoffe. Ein Verlöten der einzelnen Teile weist darüber hinaus den Nachteil auf, dass ein Ausrichten der Bauteile nach dem Löten nicht mehr möglich ist. Zum Fixieren, beispielsweise eines Flachrohres, in einem zugehörigen Durchzug, wird darüber hinaus üblicherweise ein sogenannter Aufweitdorn eingesetzt, der jedoch nicht für alle Rohrtypen, wie beispielsweise ein extrudiertes Mehrkammerrohr verwendet werden kann. Von besonderem Nachteil ist darüber hinaus, dass sich auch nur spezielle Aluminiumlegierungen zum Löten eignen, so dass nur Bauteile gleichen Werkstoffs miteinander verlötet werden können. Ob die Lötung erfolgreich war, kann darüber hinaus erst nach einigen Stunden im Lötofen am fertigen Bauteil ermittelt werden, wodurch nicht nur ein hoher Ausschuss, sondern auch ein hoher Material- und Ressourcenverbrauch einhergeht.
  • Auch bei einem Verkleben von Wärmeübertragerrohren in zugehörigen Durchzügen eines Rohrbodens eines Wärmeübertragers ist ein unter Umständen hoher Materialeinsatz erforderlich, da die aufgebrachte Klebstoffschicht beispielsweise eine Klebstoffraupe, Fertigungsungenauigkeiten zwischen den Durchzügen am Rohrboden und den Wärmeübertragerrohren ausgleichen muss.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Wärmeübertragerrohre über eine kaschierte Klebstoffschicht in zugehörigen Durchzügen eines Rohrbodens eines Wärmeübertragers zu verkleben und dabei Fertigungsungenauigkeiten zwischen den Durchzügen und den Wärmeübertragerrohren dadurch zu vermeiden, dass die Durchzüge zunächst nur teilweise vorgefertigt und erst durch ein Durchstoßen mit dem zugehörigen Wärmeübertragerrohr fertiggestellt werden. Hierdurch kann insbesondere ein passgenaues Anordnen der Wärmeübertragerrohre in den zugehörigen Durchzügen erreicht werden, was es wiederum ermöglicht, die Wärmeübertragerrohre mit einer äußerst geringen Klebstoffmenge in den Durchzügen dicht zu verkleben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertrager mit Wärmeübertragerrohren, werden zunächst die Durchzüge in einem jeweiligen Rohrboden eines Sammlers des Wärmeübertragers mittels Fräsen oder Reißen teilweise in den Rohrboden eingebracht, wobei ein Restboden mit einer Restbodendicke d von 1 µm ≤ d ≤ 200µm verbleibt und wobei eine Innenkontur der Durchzüge komplementär zu einer Außenkontur der Wärmeübertragerrohre ausgebildet ist, so dass diese passgenau in den zugehörigen Durchzügen aufnehmbar sind. Auf einer Außenseite der Wärmeübertragerrohre und/oder an einer Innenseite der Durchzüge wird eine Klebstoffschicht durch ein Kaschieren einer Klebstofffolie oder eines Klebstofffilmes aufgebracht, wobei durch das Kaschieren das Aufbringen einer äußerst dünnen Klebstoffschicht ermöglicht wird. Anschließend werden die Wärmeübertragerrohre mit einem längsendseitigen Rohrwandabschnitt in einen jeweils zugehörigen Durchzug am Rohrboden eingeschoben und dabei der Restboden durchstoßen bzw. ausgestanzt. Durch diesen Verfahrensschritt kann eine hochpassgenaue Durchführung des Wärmeübertragerrohres durch den jeweils zugehörigen Durchzug erreicht werden. Anschließend wird die Klebstoffschicht zum Verkleben der Wärmeübertragerrohre in den Durchzügen erhitzt und dadurch ein dichtes Verbinden der Wärmeübertragerrohre an ihrer Außenkontur mit der Innenkontur des jeweiligen Durchzuges erreicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, den Energieeinsatz und damit auch die Kosten im Vergleich zu einem Lötprozess deutlich zu reduzieren. Ein weiterer großer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass prinzipiell Wärmeübertragerrohre und Rohrböden aus unterschiedlichen Materialien miteinander gepaart werden können. Hierdurch kann eine erhöhte Flexibilität erreicht werden. Zudem kann durch den nunmehr angewandten Stanz- und Klebeprozess auch eine teure und aufwändige Vorbehandlung mittels PER vermieden werden, was bislang beim Verlöten erforderlich war. Durch das Durchstoßen bzw. Durchreißen der Durchzüge mittels der zugehörigen Wärmeübertragerrohre, kann darüber hinaus die eingesetzte Klebstoffmenge äußerst gering gehalten werden, da die Wärmeübertragerrohre passgenau in den zugehörigen Durchzügen angeordnet sind. Durch die sparsame Verwendung des Klebstoffs lassen sich jedoch nicht nur die Materialkosten erheblich reduzieren, sondern auch die Fertigungszeit, da der Klebstoff nicht nur aufgrund seines Materials schnell erhärtet, sondern aufgrund der geringen Klebstoffdicke auch eine kürzerer Erhärtungszeit und damit einen geringeren Energieeinsatz erfordert. Werden beispielsweise bei einem Verlöten noch vier Stunden bei 650° benötigt, so härten beispielsweise Silikone schon innerhalb von 1 bis 2 Stunden aus. Der erfindungsgemäße kaschierte Klebstoff benötigt jedoch lediglich noch ca. 1 bis 20 Min. zum Erhärten. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass der eingesetzte Klebstoff eine gewisse Toleranz gegenüber Verschmutzungen (Öle und Fette) aufweist, wodurch ein aufwändiges und umweltkritisches Entfetten der Oberflächen, wie dies beim Löten erforderlich ist, entfallen kann. Insbesondere kann eine PER-Entfettung (umweltkritisch) entfallen, so dass eine Entfettung mittels wässriger Lösung ausreichend ist. Vorzugsweise wird dabei ein thermoplastischer Klebstoff eingesetzt.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird die Klebstoffschicht weniger als 20 Min. erhitzt, vorzugsweise sogar weniger als 10 Min., insbesondere sogar lediglich 1 bis 2 Min.. Hierdurch lässt sich die Taktzeit deutlich reduzieren und damit einhergehend auch der dafür eingesetzte Energieverbrauch. Aufgrund der äußerst geringen Dicke der Klebstoffschicht und der durch das Durchstoßen bzw. Durchreißen der Durchzüge durch die zugehörigen Wärmeübertragerrohre erreichten Passgenauigkeit, lassen sich diese Fertigungsvorteile erzielen.
  • Generell können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Wärmetauscher aller Art, so zum Beispiel Verdampfer, Motorkühler, Kondensatoren, Ladeluftkühler, Chiller, Ölkühler, Heizkörper, PTC-Zuheizer, Wärmeübertrager mit Rippe, etc. hergestellt werden.
  • Die Klebstoffschicht weist zumindest ein Klebemittel auf, das zum Aushärten eine Temperatur zwischen 80 °C und 400 °C erfordert, um die zugehörigen Verbindungsbereiche zu verbinden. Beispiele für solche Klebemittel sind Makrofol®, Bayfol®, Kleberit 701.1 - 701.9 und dergleichen. Die Klebstoffschicht weist vorteilhaft ein Klebemittel auf, das thermoplastische Eigenschaften aufweist. Das heißt, dass das Klebemittel sich oberhalb einer klebemittelspezifischen Temperatur, die vorzugsweise der Temperatur beim Erhitzen der Klebstoffschicht zum Verbinden der Bauteile entspricht, verformen lässt.
  • Bevorzugt kommen Klebstoffschichten zum Einsatz, die eine verhältnismäßig geringe Schichtdicke aufweisen. Dabei erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren Klebstoffschichten mit einer Schichtdicke von 5 µm oder geringer einzusetzen. Insbesondere kommen Klebstoffschichten mit einer Schichtdicke zwischen 5 µm und 500 µm zum Einsatz.
  • Um die Verbindung zwischen den Bauteilen (Wärmeübertragerrohre und Rohrboden) zu verbessern und/oder eine erwünschte relative Positionierung der Bauteile relativ zueinander zu erreichen, werden die Bauteile mit einem Anpressdruck gegeneinandergedrückt. Vorstellbar ist es auch, die Bauteile während und/oder nach dem Erhitzen der Bauteile gegeneinander zu drücken. Der Anpressdruck kann hierbei beliebig groß oder klein sein. Die Grenzen des Anpressdrucks sind dabei einerseits dadurch gegeben, dass der Anpressdruck zu einer verbesserten Verbindung der in die Durchzüge der Rohrböden eingesteckten Rohrwandabschnitte mit den Wänden der Durchzüge führen soll und andererseits keine unerwünschten Beschädigungen der Bauteile verursacht werden sollen. Dabei ist das Verfahren vorzugsweise derart ausgestaltet, dass hierzu Anpressdrücke zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 angewendet werden.
  • Das Erhitzen der Klebstoffschicht kann auch auf eine beliebige andere Weise erfolgen. Möglich ist es beispielsweise, die Klebstoffschicht in einem Ofen zu erhitzen. Das Erhitzen der Klebstoffschicht in einem Ofen erlaubt es insbesondere, andere Verfahrensschritte zur Herstellung des Wärmeübertragers im Ofen durchzuführen. Alternativ ist auch denkbar, dass das Erhitzen der Klebstoffschicht mittels Infrarotstrahlung oder Induktion erfolgt.
  • Zur Verbesserung der Klebeverbindung und/oder zum Verkürzen der zum Herstellen der Klebeverbindung benötigten Zeit, kann die Klebstoffschicht nach dem Erhitzen gekühlt werden. Diese Kühlung kann auf beliebige Weise realisiert sein. So kann beispielsweise eine Kühlung dadurch erreicht werden, dass das Erhitzen der Klebstoffschicht zeitlich begrenzt wird. Die Kühlung kann auch aktiv erfolgen, indem die Bauteile in einer Umgebung mit reduzierter Temperatur geführt bzw. angeordnet werden. Auch kann eine gezielte Kühlung der Klebstoffschicht dadurch erfolgen, dass eine Kühlvorrichtung mit den Bauteilen bzw. der Klebstoffschicht in Kontakt gebracht wird.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers und dessen Herstellungsverfahrens liegen in einer einfacheren und kostengünstigeren Ausführung. Durch dieses Verfahren lassen sich wie beim Kleben allgemein bekannt, unterschiedlichste Materialien, mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Korrosionspotentialen miteinander verbinden, bei gleichzeitig extrem dünnen Schichtdicken. Für die Elektronikkühlung beispielsweise ist immer wieder die Verarbeitung von Kupfermaterial, als Funktionsfläche für die Verlötung oder Sinterung von Elektronikbauteilen gefordert. Diese Verarbeitung ist aber mit derzeitigen Lötöfen nicht möglich, da Verunreinigungen durch das verarbeitete Kupfer zu Korrosion an den Aluminiumbauteilen führen. Aufgrund der dünnen Klebstoffschicht ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit gewährleistet, was ebenfalls von großem Vorteil ist. Zudem ist auch die geforderte hohe Dichtigkeit, die sich meist nur bei verschweißten oder verlöteten Bauteilen ergibt, sichergestellt. Durch die Klebstoffschicht/Klebstofffolie ist die Verklebung weitaus kostengünstiger, als beispielsweise Epoxy- oder Silikonklebstoff. Ein Raupenauftrag des Klebstoffes hätte einen weitaus höheren Materialbedarf, als es notwendig ist. Dies spart somit Material, Ressourcen und damit letzten Endes Kosten. Weiterführend vereinfacht sich die Verarbeitung des Klebstoffes erheblich, da die Verarbeitung des Klebstoffes keine Maschinen (Pumpe, Düse, Ventil) erfordert, lediglich die Verpressung der Teile. Des Weiteren ergeben sich Einsparungen durch eine schnellere und einfachere Verarbeitung der Teile, insbesondere sind Aushärtezeiten im Ofen, von mehreren Stunden, für die Vernetzung, nicht erforderlich. Die kaschierte Klebstoffschicht benötigt nur ca. 3 Minuten unter einer entsprechenden beheizten Vorrichtung für die Verklebung der Einzelteile, die den Druck für die genannte Zeit aufbringt.
    Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch:
    • 1a bis d unterschiedliche Verfahrensschritte zur Herstellung eines Wärmeübertragers,
    • 2 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäß hergestellten Wärmeübertrager im Bereich eines Rohrbodens.
  • Entsprechend der 2, weist ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager 1 Wärmeübertragerrohre 2 auf, beispielsweise Flachrohre, die längsendseitig in den zugehörigen Durchzügen 3 eines Rohrbodens 4 eines Sammlers 5 fixiert sind.
  • Zwischen den einzelnen Wärmeübertragerrohren 2 können darüber hinaus Wärmeübertragungselemente 6, wie beispielsweise Wellrippen, angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß wird nun der gemäß der 2 teilweise dargestellte Wärmeübertrager 1 wie folgt hergestellt:
    • Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt, der gemäß der 1a dargestellt ist, ein jeweiliger Durchzug 3 teilweise in den Rohrboden 4 eingebracht, wobei teilweise in diesem Fall bedeutet, dass ein Restboden 7 mit einer Restbodendicke d von einem 1µm ≤ d ≤ 200µm verbleibt und wobei eine Innenkontur 8 der teilweise hergestellten Durchzüge 3 komplementär zu einer Außenkontur 9 der Wärmeübertragerrohre 2 ausgebildet ist, so dass diese anschließend passgenau und vorzugsweise spielfrei in den zugehörigen Durchzügen 3 aufnehmbar sind. Hergestellt werden kann der Durchzug 3 beispielsweise mittels Reißen oder mittels Fräsen, insbesondere mit einem Fräswerkzeug 10, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass der Restboden 7 verbleibt und somit der Durchzug 3 nicht durch den Rohrboden 4 durchgängig hergestellt wird.
  • Im Folgenden wird nun auf einer Außenseite, das heißt beispielsweise der Außenkontur 9, der Wärmeübertragerrohre 2 und/oder an der Innenkontur 8 der Durchzüge 3 eine Klebstoffschicht 11 durch Kaschieren einer Klebstofffolie oder eines Klebstofffilms aufgebracht, wodurch eine äußerst dünne Klebstoffschicht 11 aufbringbar ist. Dies ist beispielsweise im Verfahrensschritt gemäß der 1b dargestellt. Anschließend werden die Wärmeübertragerrohre 2 mit einem längsendseitigen Rohrwandabschnitt 12 in einen jeweils zugehörigen Durchzug 3 am Rohrboden 4 eingeschoben und dabei der Restboden 7 durchstoßen bzw. ausgestanzt. Der Durchzug 3 wird somit erst beim Durchschieben der Wärmeübertragerrohre 2 hergestellt. Dies ist in den Verfahrensschritten gemäß den 1c und 1d dargestellt. Anschließend wird die Klebstoffschicht 11 zum Verkleben der Wärmeübertragerrohre 2 in den Durchzügen 3 erhitzt, beispielsweise in einem entsprechenden Ofen, induktiv oder mittels Infrarotstrahlung. Dabei wird die Klebstoffschicht 11 auf eine Temperatur zwischen 80°C und 400°C erhitzt, wobei das Erhitzen und damit das Aushärten der Klebstoffschicht 11 vergleichsweise kurz, insbesondere weniger als 20 Min. sogar weniger als 10 Min. und besonders bevorzugt sogar lediglich 1 bis 2 Min., erfolgt, wodurch ein deutlicher Vorteil im Hinblick auf eine Taktzeit im Vergleich zu einem bisherigen Löten oder dickwandigen Kleben gegeben ist. Um eine möglichst stabile Verbindung und auch Verklebung der Wärmeübertragerrohre 2 mit den Innenkonturen 8 der Durchzüge 3 erreichen zu können, werden die Rohrwandabschnitte 12 bzw. die Wärmeübertragerrohre 2 während des Verklebens mit einem Anpressdruck zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 gegen die zugehörigen Innenkonturen 8 der Durchzüge 3 gedrückt. Um die Taktzeit zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 weiter reduzieren zu können, kann auch vorgesehen sein, dass die Klebstoffschicht 11 nach dem Verkleben gekühlt und damit die Aushärtezeit reduziert wird.
  • Die Klebstoffschicht 11 besitzt dabei eine Schichtdicke d zwischen 5 µm und 500 µm und ist dabei somit äußerst dünn aufgetragen, wodurch einerseits eine wirksame elektrische Isolierung und andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit gegeben sind. Die elektrische Isolierung ist dabei insbesondere im Hinblick auf eine galvanische Korrosion von großem Vorteil, da sich hierdurch die Möglichkeit eröffnet, das Wärmeübertragerrohr 2 bzw. die Wärmeübertragerrohre 2 aus einem anderen Metall auszubilden als den Rohrboden 4. Weist dabei das für das Wärmeübertragerrohr 2 ausgewählte Material einen gänzlich anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus als der Rohrboden 4, so kann die Schichtdicke d der Klebstoffschicht 11 erhöht und damit eine relative Beweglichkeit zugelassen werden.
  • Der Wärmeübertrager 1 kann dabei in nahezu beliebiger Ausführungsform ausgeführt sein, beispielsweise als Verdampfer, als Motorkühler, als Kondensator, als Chiller, als Ladeluftkühler, als Ölkühler, als Heizkörper, als PTC-Zuheizer, als Wärmeübertrager mit Rippe-Rohr, usw.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und insbesondere der erfindungsgemäß durch Kaschieren aufgebrachten Klebstoffschicht 11 kann eine Verarbeitung des Klebstoffs deutlich vereinfacht werden, da keine Maschinen (Pumpen, Düsen, Ventile) mehr erforderlich sind, die nach dem Verkleben entsprechend aufwändig gereinigt werden müssen. Durch eine vergleichsweise schnelle Aushärtezeit der Klebstoffschicht 11 von beispielsweise lediglich 1-20 Minuten, lässt sich auch die Taktzeit deutlich reduzieren und zudem ein hoher Automatisierungsgrad erreichen. Im Vergleich zum Löten müssen die Innenkonturen 8 der Durchzüge 3 und die Außenkonturen 9 der Wärmeübertragerrohre 2 nicht vorher mittels PER entfettet werden, wodurch umweltgefährdende Lösungsmittel, z.B. PER, nicht mehr benötigt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 lassen sich folgende Vorteile erzielen:
    • - eine berührtrockene Klebstoffschicht 11, kein niedrigviskoses Klebstoffsystem,
    • - eine erhöhte Festigkeit an der Verklebung zwischen Wärmeübertragerrohr 2 und Innenkontur 8 bzw. Wand des Durchzuges 3, bei gleichzeitiger Flexibilität des Klebstoffes aufgrund seiner Materialcharakteristik, Abbau von Spannungsspitzen, die sich bei unterschiedlichen Temperaturniveaus an der Verbindung einstellen und andernfalls zum frühzeitigen Versagen der Verbindung führen,
    • - Entfall einer aufwendigen und teuren Oberflächenvorbehandlung,
    • - ein mögliches Ausrichten des Wärmeübertragerrohres 2 relativ zum Rohrboden 4 während und sogar unter Umständen nach dem Verkleben,
    • - Unterbinden einer galvanischen Korrosion durch die elektrisch nicht-leitende Klebstoffschicht 11,
    • - Entfall einer Reinigung zur Beseitigung von Flussmittelresten,
    • - Entfall von teuren Loten,
    • - geringerer Ressourcenaufwand durch die sehr dünne Klebstoffschicht 11,
    • - kurze Taktzeiten und geringen Energieaufwand zum Verkleben.
    • - Kombination unterschiedlichster Werkstoffe ist möglich,
    • - Umgehung teurer Aluminiumlegierungen, die bislang für das Verlöten erforderlich waren,
    • - Vermeidung einer Innenverschmutzung der Teile durch Späne beim Fertigungsprozess.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015215045 A1 [0003]
    • DE 102015225684 A1 [0004]
    • DE 102014218694 A1 [0005]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers (1) mit Wärmeübertragerrohren (2), die längsendseitig in zugehörigen Durchzügen (3) eines Rohrbodens (4) eines Sammlers (5) fixiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass - die Durchzüge (3) mittels Fräsen oder Reißen zunächst teilweise in den Rohrboden (4) eingebracht werden, wobei ein Restboden (7) mit einer Restbodendicke d von 1µm ≤ d ≤ 200µm verbleibt und wobei eine Innenkontur (8) der Durchzüge (3) komplementär zu einer Außenkontur (9) der Wärmeübertragerrohre (2) ausgebildet ist, so dass diese passgenau in den zugehörigen Durchzügen (3) aufnehmbar sind, - auf der Außenkontur (9) der Wärmeübertragerrohre (2) und/oder an der Innenkontur (8) der Durchzüge (3) eine Klebstoffschicht (11) durch ein Kaschieren einer Klebstofffolie oder eines Klebstofffilms aufgebracht wird, - die Wärmeübertragerrohre (2) mit einem längsendseitigen Rohrwandabschnitt (12) in einen jeweils zugehörigen Durchzug (3) am Rohrboden (4) eingeschoben werden und der Restboden (7) durchstoßen bzw. ausgestanzt wird, - die Klebstoffschicht (11) zum Verkleben der Wärmeübertragerrohre (2) in den Durchzügen (3) erhitzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (11) auf eine Temperatur zwischen 80 °C und 400 °C erhitzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (11) für weniger als 20 Minuten erhitzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (11) für weniger als 10 Minuten erhitzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (2) während des Verklebens mit einem Anpressdruck zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 gegen die zugehörigen Innenkonturen (8) der Durchzüge (3) gedrückt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (11) mit einer Schichtdicke dK von 5 µm < dK < 500 µm aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen der Klebstoffschicht (11) in einem Ofen, mittels Infrarotstrahlung oder mittels Induktion erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (11) nach dem Erwärmen wieder abgekühlt wird.
  9. Wärmeübertrager (1) mit Wärmeübertragerrohren (2), die längsendseitig in zugehörigen Durchzügen (3) eines Rohrbodens (4) eines Sammlers (5) fixiert sind, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Wärmeübertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (11) eine Schichtdicke dK zwischen 5 µm und 500 µm aufweist.
  11. Wärmeübertrager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerrohre (2) und der Rohrboden (4) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
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