DE102021210411A1 - Base plate of a heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Grundplatte (1) eines Wärmeübertragers (2) aus Aluminium mit einem Flansch (3), in welchem Öffnungen (4) zum jeweiligen Durchführen einer Schraube (5) vorgesehen sind.
Um eine langfristig fluiddichte Verbindung der Grundplatte (1) mit beispielsweise einem Ölfiltermodul (8) zu erreichen, ist auf einer Öffnung (4) eine Unterlegscheibe (6) aus Metall, insbesondere aus Stahl, derart fixiert, dass eine Öffnung (7) der Unterlegscheibe (6) mit der Öffnung (4) im Flansch (3) der Grundplatte (1) fluchtet.
The present invention relates to a base plate (1) of a heat exchanger (2) made of aluminum with a flange (3) in which openings (4) are provided for passing through a screw (5).
In order to achieve a long-term, fluid-tight connection of the base plate (1) with an oil filter module (8), for example, a washer (6) made of metal, in particular steel, is fixed on an opening (4) in such a way that an opening (7) of the washer (6) is aligned with the opening (4) in the flange (3) of the base plate (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Grundplatte eines Wärmeübertragers aus Aluminium mit einem Flansch, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Wärmeübertrager mit einer solchen Grundplatte und sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers.The present invention relates to a base plate of a heat exchanger made of aluminum with a flange, according to the preamble of
Wärmeübertrager werden oftmals als sogenannte Stapelscheibenwärmeübertrager ausgebildet und über eine Grundplatte an einer weiteren Komponente, beispielsweise einem Ölfiltermodul, angeschraubt. Da über die Grundplatte üblicherweise auch fluidführende Anschlüsse führen, ist eine dauerhaft dichte Verbindung eines die Grundplatte aufweisenden Wärmeübertragers mit der weiteren Komponente zwingend erforderlich. Zum Anschrauben an die weitere Komponente, beispielsweise ein Ölfiltermodul, werden oftmals selbstfurchende Schrauben verwendet, die jedoch in Kombination mit einer Lotauflage auf der Grundplatte aus Aluminium den Nachteil eines sehr hohen Reibmoments aufweisen, wodurch ein Großteil eines Anzugdrehmoments über die Reibung verloren gehen kann, anstatt eine Vorspannkraft zu erzeugen. Durch die durch die Reibung verlorene Vorspannkraft kann als Folgefehler eine nicht dichte Verbindung zur weiteren Komponente, verbunden mit einer damit einhergehenden Leckage auftreten, was insbesondere bei umweltbelastenden Stoffen, wie beispielsweise Öl, zu vermeiden ist.Heat exchangers are often designed as so-called stacked plate heat exchangers and are screwed to a further component, for example an oil filter module, via a base plate. Since fluid-carrying connections usually also lead via the base plate, a permanently tight connection of a heat exchanger having the base plate to the further component is absolutely necessary. Self-tapping screws are often used to screw onto the other component, for example an oil filter module. However, in combination with a solder layer on the aluminum base plate, they have the disadvantage of a very high friction torque, which means that a large part of the tightening torque can be lost through friction instead of to generate a preload force. Due to the preloading force lost due to friction, a non-tight connection to the other component can occur as a consequential error, combined with an associated leakage, which is to be avoided in particular with substances that are harmful to the environment, such as oil.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Grundplatte der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a base plate of the generic type, which in particular overcomes the disadvantages known from the prior art.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Vorspannung reduzierende Unterkopfreibung von selbstfurchenden Schrauben beim Anschrauben eines Wärmeübertragers an eine weitere Komponente, beispielswiese ein Ölfiltermodul, durch Vorsehen einer fest mit der Grundplatte verbundenen Unterlegscheibe bzw. Beilegescheibe aus Metall, insbesondere aus Stahl, zu verhindern. Die erfindungsgemäße Grundplatte eines Wärmeübertragers aus Aluminium besitzt dabei einen Flansch, in welchem Öffnungen zum jeweiligen Durchführen einer Schraube vorgesehen sind. Über diese Schrauben, welche beispielsweise als selbstfurchende Schrauben ausgeführt sind, erfolgt das Anschrauben der Grundplatte und darüber auch eines diese Grundplatte aufweisenden Wärmeübertragers an einer weiteren Komponente, beispielsweise an einem Ölfiltermodul. Erfindungsgemäß ist nun auf zumindest einer Öffnung eine Unterlegscheibe aus Metall, insbesondere aus Stahl, derart fixiert, dass eine Öffnung der Unterlegscheibe mit der Öffnung im Flansch der Grundplatte fluchtet. „Fluchten“ bedeutet dabei, dass beide Öffnungen, das heißt die der Unterlegscheibe und die im Flansch der Grundplatte derart zueinander ausgelegt sind, dass eine/die Schraube zum Fixieren durch beide Öffnungen gesteckt werden kann. Unter „fluchten“ soll nicht verstanden werden, dass beide Öffnungen konzentrisch, koaxial bzw. exakt in den Achsen liegen müssen. Durch die feste Anbindung der Unterlegscheibe aus Metall, insbesondere aus Stahl, an der zugehörigen Öffnung können beim Einschrauben einer selbstfurchenden Schraube eine Unterkopfreibung auf einem Lotmaterial der Grundplatte bzw. auf dem Aluminiummaterial der Grundplatte zuverlässig vermieden und dadurch eine Unterkopfreibung reduziert und gleichzeitig eine Vorspannkraft gesteigert werden. Der große Vorteil einer derartigen Grundplatte ist, dass bereits jetzt eingesetzte selbstfurchende Schrauben weiterverwendet werden können, was wiederum den großen Vorteil bietet, dass auch eine bislang verwendete Schraubenzuführung mittels eines entsprechenden Montageroboters beibehalten werden kann. Im Vergleich zu einer separaten Unterlegscheibe, die extra gegriffen und montiert werden muss, bietet die erfindungsgemäße Lösung trotz des Fixiervorgangs der Unterlegscheibe am Flansch der Grundplatte einen deutlichen Preisvorteil.The present invention is based on the general idea of preventing preload-reducing underhead friction of self-tapping screws when screwing a heat exchanger to another component, for example an oil filter module, by providing a washer or shim made of metal, in particular steel, firmly connected to the base plate . The base plate according to the invention of a heat exchanger made of aluminum has a flange in which openings are provided for passing through a screw. These screws, which are embodied as self-tapping screws, for example, are used to screw the base plate and also a heat exchanger having this base plate to a further component, for example to an oil filter module. According to the invention, a washer made of metal, in particular steel, is fixed on at least one opening in such a way that an opening in the washer is aligned with the opening in the flange of the base plate. "Aligned" means that both openings, i.e. those of the washer and those in the flange of the base plate, are designed in such a way that one/the screw can be inserted through both openings for fixing. "Aligned" should not be understood to mean that both openings must be concentric, coaxial or exactly on the axes. Due to the firm connection of the washer made of metal, in particular made of steel, to the associated opening, friction under the head on a solder material of the base plate or on the aluminum material of the base plate can be reliably avoided when screwing in a self-tapping screw, thereby reducing friction under the head and at the same time increasing a preload force . The great advantage of such a base plate is that self-tapping screws that have already been used can continue to be used, which in turn offers the great advantage that a previously used screw feed can also be retained by means of a corresponding assembly robot. Compared to a separate washer, which has to be gripped and installed separately, the solution according to the invention offers a clear price advantage despite the process of fixing the washer to the flange of the base plate.
Zweckmäßig ist die Unterlegscheibe mit der Grundplatte verlötet. Dies bietet den großen Vorteil, einerseits eine dauerhafte und feste Fixierung der Unterlegscheibe mit dem Flansch der Grundplatte zu ermöglichen und andererseits dies beispielsweise gleichzeitig mit einem Lötvorgang in einem Lötofen auszuführen, bei welchem die Grundplatte mit beispielsweise Stapelscheiben und einer Deckscheibe des Wärmeübertragers verlötet wird. Da eine dichte Verbindung der Stapelscheiben mit der Grundplatte ohnehin in einem Lötvorgang bzw. einem Lötprozess erfolgt, kann das Verlöten der Unterlegscheibe mit der Grundplatte zeit- und energieneutral in den Lötprozess zur Herstellung des Wärmeübertragers integriert werden.The washer is expediently soldered to the base plate. This offers the great advantage of allowing the washer to be permanently and firmly fixed to the flange of the base plate on the one hand and, on the other hand, to carry this out simultaneously with a soldering process in a soldering furnace, for example, in which the base plate is soldered to, for example, stacked disks and a cover disk of the heat exchanger. Since the stacked discs are tightly connected to the base plate in a soldering operation or a soldering process anyway, the soldering of the washer to the base plate can be integrated into the soldering process for producing the heat exchanger in a time- and energy-neutral manner.
Zweckmäßig ist die Grundplatte zumindest im Bereich der Öffnungen mit einer Lotschicht überzogen. Eine derartige Lotschicht wird beispielsweise maschinell aufgebracht, um in einem späteren Lötprozess, beispielsweise in einem Lötofen, weitere Bauteile, wie beispielsweise Stapelscheiben, fluiddicht mit der Grundplatte verbinden zu können. Dabei kann die Lotschicht flächig, insbesondere vollflächig, auf der Grundplatte aufgetragen werden, oder aber lokal nur dort, wo eine spätere Verlötung erfolgen muss. Letzteres hat den großen Vorteil, Lot und damit Ressourcen einsparen zu können.The base plate is expediently coated with a layer of solder, at least in the area of the openings. Such a solder layer is applied by machine, for example, in order to be able to connect further components, such as stacked disks, to the base plate in a fluid-tight manner in a later soldering process, for example in a soldering furnace. The solder layer can be flat, in particular full be applied over a large area on the base plate, or only locally where soldering has to take place later. The latter has the great advantage of being able to save solder and thus resources.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Wärmeübertrager mit einer in den vorherigen Absätzen beschriebenen Grundplatte auszustatten, sowie wie mit zumindest einer Stapelscheibe, die mit der Grundplatte verlötet ist. Dies bietet den großen Vorteil, dass ein Verlöten der Stapelscheiben mit der Grundplatte bzw. ein Verlöten einer Deckscheibe mit einer Stapelscheibe und ein Verlöten einer Stapelscheibe mit der Grundplatte sowie auch ein Verlöten der zumindest einen Unterlegscheibe mit der Grundplatte zeitgleich in einem gemeinsamen Lötprozess erfolgen kann, wodurch sich sowohl Zeitvorteile als auch Vorteile hinsichtlich eines Energieverbrauchs ergeben. Hierzu kann ein Lötrahmen verwendet werden, der zugleich auch eine Positionierung der Unterlegscheiben an der Grundplatte sichert.The present invention is also based on the general idea of equipping a heat exchanger with a base plate described in the previous paragraphs, as well as with at least one stacked disk that is soldered to the base plate. This offers the great advantage that the stacking disks can be soldered to the base plate or a cover disk can be soldered to a stacked disk and a stacked disk can be soldered to the base plate and the at least one washer can be soldered to the base plate at the same time in a common soldering process. which results in both time advantages and advantages in terms of energy consumption. A soldering frame can be used for this purpose, which also ensures that the washers are positioned on the base plate.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers anzugeben, bei dem zunächst eine Grundplatte aus Aluminium mit einem Flansch, in dem Öffnungen zum jeweiligen Durchführen einer Schraube, insbesondere einer selbstfurchenden Schraube, vorgesehen sind, zumindest im Bereich der Öffnungen mit einer Lotschicht überzogen wird. Anschließend wird auf zumindest eine der Öffnungen eine Unterlegscheibe aus Metall, insbesondere aus Stahl, derart aufgelegt, dass eine Öffnung der Unterlegscheibe mit der Öffnung im Flansch der Grundplatte fluchtet, sodass eine Schraube durchgeführt werden kann. Dann wird die zumindest eine Unterlegscheibe mit der Grundplatte verlötet. Dieser Fertigungsschritt ermöglicht eine äußerst feste und zuverlässige Fixierung der zumindest einen Unterlegscheibe, vorzugsweise sämtlicher Unterlegscheiben, mit der zugehörigen Grundplatte.The present invention is also based on the general idea of specifying a method for producing a heat exchanger, in which first a base plate made of aluminum with a flange in which openings are provided for passing through a screw, in particular a self-tapping screw, at least in the area of the Openings is covered with a layer of solder. A washer made of metal, in particular steel, is then placed on at least one of the openings in such a way that an opening in the washer is aligned with the opening in the flange of the base plate, so that a screw can be passed through. Then the at least one washer is soldered to the base plate. This manufacturing step enables the at least one washer, preferably all washers, to be fixed extremely firmly and reliably to the associated base plate.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gleichzeitig mit dem Verlöten der Grundplatte mit den Unterlegscheiben zumindest eine Stapelscheibe und eine Deckscheibe mit der Grundplatte verlötet. Dies bietet den großen Vorteil, dass das sowohl das Verlöten der Unterlegscheiben mit der Grundplatte als auch das Verlöten der Stapelscheiben miteinander bzw. mit der Grundplatte und das Verlöten der Deckscheibe mit der benachbarten Stapelscheibe gleichzeitig, das heißt zeitgleich in einem gemeinsamen Lötprozess erfolgen kann, wodurch der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wärmeübertrager nicht nur mit kurzer Taktzeit, sondern auch energiesparend hergestellt werden kann.In an advantageous development of the method according to the invention, at least one stacking disk and one cover disk are soldered to the base plate at the same time as the base plate is soldered to the washers. This offers the great advantage that both the soldering of the washers to the base plate and the soldering of the stacked disks to one another or to the base plate and the soldering of the cover disk to the adjacent stacked disk can take place simultaneously, i.e. at the same time in a common soldering process, which the heat exchanger produced with the method according to the invention can be produced not only with a short cycle time, but also in an energy-saving manner.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
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.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.A preferred exemplary embodiment of the invention is illustrated in the drawings and is explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Grundplatte, -
2 einen an einem Ölfiltermodul angeschraubten erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit einer solchen erfindungsgemäßen Grundplatte.
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1 a plan view of a base plate according to the invention, -
2 a heat exchanger according to the invention screwed to an oil filter module with such a base plate according to the invention.
Entsprechend der
Bei einem Verbinden der Grundplatte 1 bzw. eines diese Grundplatte 1 aufweisenden Wärmeübertragers 2 mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Ölfiltermodul 8 (vgl.
Durch die erfindungsgemäß auf der Grundplatte 1 fixierten Unterlegscheiben 6 aus Metall, insbesondere aus Stahl, kann jedoch die Unterkopfreibung der Schraube 5, insbesondere der selbstfurchenden Schraube, reduziert und dadurch eine höhere Vorspannkraft aufgebracht werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß auf der Grundplatte 1 fixierten Unterlegescheiben 6 im Bereich der Öffnungen 4 liegt darin, dass die bislang verwendeten Schrauben 5 weiterverwendet werden können, ebenso wie eine Schraubenzuführung, so dass keine Prozessänderungen bei einer Verschraubung des Wärmeübertragers 2 erforderlich sind. Alternativ könnte selbstverständlich auch eine separate Unterlegscheibe aus Metall, insbesondere aus Stahl, eingesetzt werden, welche jedoch ein zusätzliches zu montierendes Bauteil verbunden mit den damit einhergehenden Lager- und Logistikkosten sowie einem zusätzlichen Montageschritt bedingen würde. Außerdem könnte dann die bislang durchgeführte Schraubenzuführung nicht beibehalten werden.However, due to the
Die Unterlegscheibe 6 aus Metall, insbesondere aus Stahl, ist dabei vorzugsweise mit der Grundplatte 1 verlötet, wozu die Grundplatte 1 zumindest im Bereich der Öffnungen 4 mit der zuvor beschriebenen Lotschicht 9 überzogen ist. Dies bietet den großen Vorteil, dass die Fixierung der Unterlegscheiben 6 auf den jeweiligen Öffnungen 4 am Flansch 3 der Grundplatte 1 zusammen in einem Lötprozess des Wärmeübertragers 2 erfolgen kann, bei welchem üblicherweise auch Stapelscheiben 12 sowie eine Deckscheibe 11 verlötet werden.The
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 2 ist dabei in der Art eines Stapelscheibenwärmeübertragers ausgebildet und weist die erfindungsgemäße Grundplatte 1 sowie zumindest eine Stapelscheibe 12 und eine Deckscheibe 11 auf. Eine Stapelscheibe 12 ist dabei mit der Grundplatte 1 verlötet, während die Deckscheibe 11 mit einer benachbarten Stapelscheibe 12 verlötet ist. Das gesamte Verlöten des Wärmeübertragers 2, das heißt das Verlöten der Deckscheibe 11 mit der Stapelscheibe 12 sowie einer Stapelscheibe 12 mit der Grundplatte 1 und das Verlöten der Unterlegscheiben 6 mit der Grundplatte 1 kann dabei in einem gemeinsamen Lötprozess, beispielsweise in einem Lötofen, durchgeführt werden.The
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 2 wird dabei beispielsweise wie folgt hergestellt: Zunächst wird eine Grundplatte 1 aus Aluminium mit einem Flansch 3, in welchem die zuvor beschriebenen Öffnungen 4 zum jeweiligen Durchführen einer Schraube 5 vorgesehen sind, zumindest im Bereich der Öffnungen 4 mit der ebenfalls zuvor beschriebenen Lotschicht 9 überzogen. Dies kann lokal nur im Bereich der Öffnungen 4 oder vollflächig erfolgen. Anschließend wird auf zumindest eine der Öffnungen 4 eine Unterlegscheibe 6 aus Metall, insbesondere aus Stahl, derart aufgelegt, dass die Öffnung 7 der Unterlegscheibe 6 mit der Öffnung 4 im Flansch 3 der Grundplatte 1 fluchtet. Danach wird die Unterlegscheibe 6 mit der Grundplatte 1 verlötet, was entweder separat oder zusammen mit einem Verlöten der Stapelscheiben 12 bzw. der Deckscheibe 11 erfolgen kann.The
Insgesamt kann durch das Vorsehen der Unterlegscheiben 6 bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 2 auf die zur Befestigung an beispielsweise einem Ölfiltermodul 8 vorgesehenen Schrauben 5 eine deutlich höhere Vorspannkraft aufgebracht werden, wodurch die Gefahr einer Leckage vergleichsweise einfach minimiert werden kann. Werden dabei die Unterlegscheiben 6 gemeinsam mit dem Wärmeübertrager 2 verlötet, so kann die Fixierung der Unterlegscheiben 6 an der Grundplatte 1 mit marginalem Mehraufwand erfolgen. Dabei können mit der erfindungsgemäßen Grundplatte 1 auch die bislang eingesetzten Schrauben 5 weiterverwendet werden, wodurch auch eine Schraubenzuführung unverändert beibehalten werden kann. Hierdurch entfällt eine Prozessänderung, was üblicherweise aufwendig und teuer ist.Overall, by providing the
Claims (8)
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