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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Wärmetauscher
und Herstellungsverfahren dafür,
und sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Wärmetauschers
basierend auf metallischem Schaum zur Anwendung als ein Ölkühler in
einem Verbrennungsmotorsystem.
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Hintergrund
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Wärmetauscher
werden in einer Vielzahl von Anwendungen in modernen Motorsystemen
verwendet. Verbrennungsmotorkühler,
Turbolader-Zwischenkühler
und Abgasnachkühler
sind Beispiele von Wärmetauschern.
Zusätzlich
können
Wärmetauscher
verwendet werden, um die Temperatur des Motoröls, des Getriebeströmungsmittels
und auch von Luft zu steuern, die zum Motor geliefert wird, oder
sie können
bei der Temperatursteuerung einer Bedienerkabine in einer Arbeitsmaschine
verwendet werden.
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Viele
Arbeitsmaschinen, die beispielsweise Geländearbeitsmaschinen und Straßenlastwägen mit
einschließen,
verwenden eine Vielzahl von unterschiedlichen Wärmetauschern, die mit ihren
jeweiligen Motorsystemen gekoppelt sind. Gewisse Wärmetauscher,
wie beispielsweise Ölkühler, sind üblicherweise
mit dem Motorkühlströmungsmittelzirkulationssystem
gekoppelt, welches letztendlich Kühlströmungsmittel durch den Hauptmotorkühler zirkuliert.
Wärme vom
Motoröl
kann dadurch in die äußere Umgebung
abgeleitet werden. In anderen Systemen kann der Wärmetauscher
eine alleinstehende Vorrichtung unabhängig vom Hauptmotorkühler sein, und
kann ein anderes Kühlströmungsmittel
verwenden als beispielsweise Luft. Während viele dieser Wärmetauscher
Lebensfunktionen des Motorsystems unterstützen, können Wärmetauschereinheiten und ihre
dazugehörigen
Verrohrungssysteme beträchtliches
Gewicht und einen komplexen Aufbau zur Arbeitsmaschine hinzubringen.
Wie in vielen technischen Bereichen gibt es oft die Motivati on,
die Größe, das
Gewicht und die Komplexität
von Komponenten zu verringern; Ingenieure versuchen somit kontinuierlich,
solche Überlegungen
anzusprechen, jedoch ohne Leistung zu opfern.
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Mittel,
durch welche Konstrukteure versucht haben, die Größe und die
Komplexität
von Wärmetauschern
zu verringern, sind die Entwicklung von effizienteren Wärmetauschersystemen
mit vergleichsweise großen
Wärmeaustauschoberflächen pro
Volumeneinheit und/oder Masse. Wärmetauscher
mit höherer
Effizienz können
vergleichsweise kleinere Räume
in einem Motorraum einnehmen und sie können weniger wiegen als herkömmliche
Konstruktionen. Neuere und weiter fortschreitende Veränderungen
der Rechtssprechung bezüglich
Motoremissionen und Betriebsanforderungen haben auch die Ingenieure
dazu veranlasst, nach verbesserten Wegen für ein Management der Wärme in Verbrennungsmotorsystemen
zu suchen, ohne Gewicht, Größe oder komplexen
Aufbau hinzu zu bringen. Weil gewisse Betriebsstrategien für verringerte
Emissionen erfordern, dass mehr Wärme vom Motor abgegeben wird, als
traditionell erforderlich ist, sind Konstrukteure insbesondere noch
weiter dazu motiviert worden, die Effizienz zu verbessern.
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Eine
bekannte Bauart eines Wärmetauschers,
die gewöhnlicherweise
in Motorsystemen verwendet wird, ist in der Technik als ein Stangen-Platten-
bzw. Rohr-Platten-Wärmetauscher
bekannt. Ein typischer Rohr-Platten-Wärmetauscher, wie er beispielsweise
als ein luftgekühlter
Wärmetauscher
in einem Motor verwendet werden könnte, weist einen Kern auf,
der aus einem ersten Satz von Strömungsmitteldurchlässen für ein erstes
Strömungsmittel
besteht, die in abwechselnder Anordnung mit einem weiteren Satz
von Durchlässen
für ein
zweites Strömungsmittel
positioniert sind. In einer bekannten Konstruktion tauscht Luft,
die durch einen Satz von Luftdurchlässen geleitet wird, Wärme mit Motorkühlströmungsmittel
aus, welches durch den anderen Satz von Strömungsmitteldurchlässen zirkuliert
wird. Metallfinnen sind in den jeweiligen Durchlässen angeordnet, um eine Wärmeübertragungsoberfläche vorzusehen.
Eine Vielzahl von Stangen bzw. Rohren und Platten ist miteinander
verbunden, um Wände
zur Isolation der jeweiligen Strömungsmittelkanäle vorzusehen,
und auch um einen Gesamtstruktur für den Wärmetauscherkern vorzusehen.
In einigen Varianten der grundlegenden Stan gen-Platten-Konstruktion
wird ein gewickeltes, gewebtes Metallgewebe anstelle der Finnen
verwendet.
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Während Stangen-Platten-Wärmetauscher eine
lange und erfolgreiche Vergangenheit in der Technik der Verbrennungsmotoren
genossen haben, gibt es Einschränkungen
bei bekannten Konstruktionen, die nun immer mehr im Lichte der neuen
Herausforderungen offensichtlich werden, denen Wärmetauscherkonstrukteure gegenüberstehen.
Weil ein Faktor, der den Wärmetauscherwirkungsgrad
beeinflusst, sich auf die verfügbare
Wärmeaustauschoberfläche bezieht,
tendieren beispielsweise Verbesserungen bei der Leistung eines Stangen-Platten-Wärmetauschers
dazu, entweder einen insgesamt größeren Wärmetauscher oder ein größeres Verhältnis von
Oberfläche
zu Volumen zu erfordern. Die Zunahme der Wärmetauschergröße ist oft
keine durchführbare
Option, da dies Gewicht zum Gesamtsystem hinzubringen kann, und
weil räumliche
Einschränkungen
und Packungseinschränkungen
die Wärmetauschergröße beschränken können. Das
Vergrößern des
Verhältnisses
der Wärmeaustauschoberfläche zum
Volumen erfordert typischerweise eine engere Packung der Wärmetauscherfinnen
bezüglich der
jeweiligen Strömungsmitteldurchlässe. Während das
Vergrößern der
Dichte der Finnen bis zu einem gewissen Punkt funktioniert, können zusätzlich Finnen
die verfügbare
Flussrate oder den Druck für
Strömungsmittel
durch den Wärmetauscher
bis zu einem Punkt verringern, dass ein inakzeptabler Strömungsmitteldruckabfall
am Wärmetauscher
auftritt.
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Gewisse
spezifische Wärmetauscheranwendungen
haben ihre eigene Zusammenstellung von Herausforderungen. Eine Art
von Wärmetauscher, die
insbesondere bei an Motoren montierten Öl-Wasser-Wärmetauschern verwendet wird,
ist in der Technik als ein Hüllen-Rohr-Wärmetauscher
bekannt. Bei einer herkömmlichen
Hüllen-Rohr-Konstruktion
wird Wasser oder Motorkühlmittel
durch ein Gehäuse über ein
oder mehrere Rohre geleitet. Das Gehäuse, welches die „Hülle" aufweist, ist um
die Rohre herum positioniert und sieht einen weiteren Durchlass
vor, durch welchen Öl,
wie beispielsweise Motoröl,
so geleitet werden kann, dass Wärme
zwischen den zwei Strömungsmitteln
ausgetauscht werden kann. Während
solche Konstruktionen bis jetzt eine praktische Strategie für die Ölkühlung dargestellt
haben, bleibt Raum zur Verbesserung sowohl bezüglich der Größe als auch
der Komplexität
bei der Herstellung als auch des Betriebswirkungsgrades. Die Suche
nach Verbesserungen für
traditionelle Konstruktionen, wie beispielsweise Stangen-Platten-
und Hüllen-Rohr-Konfigurationen
hat sich in letzter Zeit auf die Anwendung von gewissen unkonventionellen
und exotischen Wärmeaustauschmaterialien
konzentriert.
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Ein
Beispiel der Anwendung von nicht traditionell verwendeten Materialien
für einen
Wärmetauscher,
insbesondere für
einen Wärmetauscher
für eine
Art Wärmepumpe,
die als thermoakustische Wandlervorrichtung bekannt ist, ist aus
der US-Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer 2004/0226702
von Tonnen u. a. (Tonnen) bekannt. Tonnen beschäftigt sich mit einem Wärmetauscher zur Übertragung
von Wärme
von einem ersten Strömungsmittel
auf ein anderes Strömungsmittel.
Insbesondere bespricht die Offenbarung die Übertragung von Wärme von
Wasser auf Luft, wobei die Luft durch einen Flusskörper geleitet
wird, der einen Kupferschaum aufweist, der um eine Vielzahl von
kleinen wasserführenden
Rohren aus Kupfer positioniert ist. Der Kupferschaum hat einen Gradienten,
um eine erwünschte
Balance einer Wärmeübertragung
zwischen den Strömungsmitteln
im Vergleich zum Flusswiderstand vorzusehen. Während Tonnen eine Konstruktion
offenbart, die angeblich für
gewisse Anwendungen geeignet ist, insbesondere für eine vergleichsweise klein
bemessene Wärmetauscheranwendung,
wie beispielsweise eine thermoakustische Wandlervorrichtung, hat
die Konstruktion eine Anzahl von Einschränkungen.
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Beispielsweise
ist bei einigen der Konstruktionen von Tonnen eine maschinelle Bearbeitung
des Schaums erforderlich, um ihm eine erwünschte Form zu geben, was Ausnehmungen
im Schaum zur Aufnahme der wasserleitenden Kupferrohre aufweist. Die
maschinelle Bearbeitung von relativ komplexen Merkmalen steigert
unvermeidlicherweise die Produktionszeit und den Produktionsaufwand.
Weiterhin erfordert die veranschaulichte Konfiguration, bei der Rohre
voneinander innerhalb des Schaums beabstandet sind, dass zahlreiche
einzelne Teile getrennt während
der Montage positioniert werden. Zusätzlich würden die beabstandeten Wasserleitenden
Rohre wenig strukturelle Integrität, falls überhaupt, für die Wärmetauscher vorrichtung mit
sich bringen. Währens
die strukturelle Integrität
eines Wärmetauschers und
die Gesamtfestigkeit bei einer thermoakustischen Wärmepumpe
von relativ geringer Wichtigkeit sein könnten, kann die Konfiguration
von Tonnen weniger gut anwendbar sein, wo Steifigkeit und Festigkeit
des Wärmetauschers
wichtig sind. Tonnen offenbart weiter eine Wärmetauscherstruktur mit rechteckigen
Flussdurchlässen,
die sich mit rechteckigen Schaumflusskörpern abwechseln. Obwohl Tonnen sich
darüber
ausschweigt, wie die rechteckigen Flussdurchlässe hergestellt werden, könnte die
Konfiguration theoretisch in gewisser Weise etwas steifer sein als
die Konstruktion, die beabstandete Rohre in dem Schaum hat. Jedoch
bietet Tonnen wenig Details dahingehend an, wie die rechteckige
Struktur strömungsmittelmäßig abgedichtet,
aufgehängt,
aufgenommen usw. ist. Somit würde
es erscheinen, dass die einzelnen Flussdurchlässe und der Schaum getrennt
von der Verbindung der Gesamtstruktur mit irgendeiner Art eines
Gehäuses
verbunden werden würden,
was unerwünschte
Komplexität
zum Herstellungsprozess hinzubringt.
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Die
Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme
oder Nachteile gerichtet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung einen Wärmetauscher vor, der ein Gehäuse mit
einem ersten Strömungsmitteldurchlass und
einen Extrusionskörper
mit mindestens einem weiteren Strömungsmitteldurchlass darin
hat. Der Wärmetauscher
weist weiter einen Metallschaum auf, der konfiguriert ist, um Wärme zwischen
Strömungsmitteln
in dem ersten und dem mindestens einen anderen Strömungsmitteldurchlass
des Gehäuses
auszutauschen. Der Metallschaum ist innerhalb des ersten Strömungsmitteldurchlasses
angeordnet und mit dem Extrusionskörper über ein thermisch leitendes
Befestigungsmaterial verbunden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren
zur Herstellung eines auf einem Metallschaum basierenden Wärmetauschers
vor.
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Das
Verfahren weist den Schritt auf, eine Vielzahl von Gehäusepaneelen
um einen Metallschaum herum zu positionieren, wobei die Gehäusepaneele
einen ersten Gehäuseteil
aufweisen. Das Verfahren weist weiter den Schritt auf, thermisch
den Schaum mit einem zweiten Gehäuseteil
zu koppeln, der einen Extrusionskörper aufweist, in dem mindestens
ein Strömungsmitteldurchlass
ist, und zwar zumindest teilweise über ein wärmeleitendes Befestigungsmaterial.
Das Verfahren weist noch weiterhin den Schritt auf, den ersten Gehäuseteil
mit dem zweiten Gehäuseteil
zumindest teilweise über
einen Schritt der Aufheizung der ersten und zweiten Gehäuseteile
miteinander in einem (Hart-)Lötofen
zu verbinden.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren
zur Kühlung
von Öl
in einem Verbrennungsmotorsystem vor, welches den Schritt aufweist, Öl mit hoher
Temperatur durch einen Aluminiumschaum zu leiten, der in einem ersten
Strömungsmitteldurchlass
in einem ersten Gehäuseteil
eines Wärmetauschers
angeordnet ist. Das Verfahren weist weiter die Schritte auf, Strömungsmittel
mit niedriger Temperatur durch mindestens einen anderen Strömungsmitteldurchlass
in einem zweiten Gehäuseteil
des Wärmetauschers
zu leiten und Wärme
zwischen dem Öl
mit hoher Temperatur und dem Strömungsmittel
mit niedriger Temperatur zumindest teilweise über ein thermisch leitendes
Material auszutauschen, welches den Aluminiumschaum mit dem zweiten
Gehäuseteil
verbindet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines auf Aluminiumschaum basierenden
Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Offenbarung; und
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3 ist
eine perspektivische Explosionsansicht von einigen der Komponenten
des Wärmetauschers
der 2
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Detaillierte Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 ist dort ein Motorsystem 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Motorsystem 10 weist einen
Motor 12 auf, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor,
der eine Vielzahl von Zylindern 13 hat. Der Motor 12 kann
beispielsweise einen verdichtungsgezündeten Motor oder einen mit
Zündkerzen gezündeten Motor
oder irgendeine anderere Motorbauart aufweisen. Es wird in Betracht
gezogen, dass das Motorsystem 10 in einer mobilen Arbeitsmaschine
montiert sein kann, wie beispielsweise in einer Geländearbeitsmaschine,
oder das es ein alleinstehendes Motorsystem sein könnte, wie
beispielsweise die Bauart, die bei der Erzeugung von elektrischer Leistung
verwendet wird, oder noch einen andere Bauart eines Motorsystems.
Eine Ölleitung 14 ist
mit dem Motor 12 verbunden und ist konfiguriert, um Motorkühlöl in herkömmlicher
Weise zu zirkulieren. Das Motorsystem 10 weist weiter einen
Radiator bzw. Kühler 18 auf,
der mit einer Motorkühlmittelleitung 16 gekoppelt
ist. Pfeile A veranschaulichen eine Richtung des Motorölflusses,
während
Pfeile B einen Fluss von Motorkühlmittel
in einer Richtung entgegengesetzt zum Ölfluss anzeigen. In anderen
Ausführungsbeispielen
könnten
Kühlmittel
und Öl
in der gleichen Richtung, in senkrechter Richtung usw. fließen.
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Ein
Wärmetauscher 30 ist
mit jeder der Leitungen 14 und 16 gekoppelt und
ist konfiguriert, um Wärme
zwischen den darin fließenden
Strömungsmitteln
auszutauschen. Der Wärmetauscher 30 kann mit
einer ersten Sammelleitung 20 und einer zweiten Sammelleitung 22 gekoppelt
sein. Die erste Sammelleitung 20 kann einen Öleinlass 24 aufweisen,
während
die zweite Sammelleitungsanordnung 22 einen Ölauslass 26 aufweisen
kann. Die Sammelleitungsanordnungen 20 und 22 können konfiguriert
sein, um Öl
und Kühlmittel
unter einer Vielzahl von getrennten strömungsmittelmäßig isolierten
Durchlässen
in dem Wärmetauscher 30 zu
verteilen, um den Austausch von Wärme zwischen den zwei Strömungsmitteln
zu gestatten. In dem Ausführungsbeispiel
der 1 kann der Wärmetauscher 30 somit
als ein Ölkühler wirken,
was gestattet, dass Wärme
vom Motoröl
oder einem anderen Öl
auf das Motorkühlmittel übertragen
wird, und von dort an die Luft über
den Kühler 18. Andere
Anwendungen für
den Wärmetauscher 30 als zur
Kühlung
von Motoröl
werden in Betracht gezogen, wie hier beschrieben.
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Der
Wärmetauscher 30 kann
weiter eine Vielzahl von ersten Gehäuseteilen 33 und eine
Vielzahl von zweiten Gehäuseteilen 34 aufweisen,
die in einer abwechselnden gestapelten Konfiguration positioniert
sind. Jeder Satz eines ersten und eines zweiten Gehäuseteils
weist eine Wärmetauscherunteranordnung
auf, wobei eine Vielzahl von Wärmetauscherunteranordnungen
somit stapelbar ist, um einen Wärmetauscher
mit erwünschter
Größe, erwünschtem
Gewicht und erwünschter
Wärmeaustauschfähigkeit
vorzusehen. Der Fachmann wird erkennen, dass die Anzahl von Unteranordnungen,
die miteinander verbunden ist, die Gesamtzahl der Strömungsmitteldurchlässe bestimmen
kann und somit die spezielle Konfiguration der jeweiligen Sammelleitungen vorgeben
kann, die verwendet werden, um Strömungsmittel in dem Wärmetauscher
zuzuteilen. Jeder der Gehäuseteile
wird zumindest einen Strömungsmitteldurchlass
darin aufweisen. Die ersten Gehäuseteile 33 können daher
einen ersten Strömungsmitteldurchlass 40 aufweisen,
der im Fall eines Ölkühlerausführungsbeispiels
ein Öldurchlass sein
kann. Zumindest ein Motorkühlströmungsmitteldurchlass 50 kann
in jedem der zweiten Gehäuseteile 34 angeordnet
sein, sodass Wärme
zwischen dem Öl,
welches durch jeden Öldurchlass 40 fließt, und dem
Kühlströmungsmittel
ausgetauscht werden kann, welches durch jeden Kühlströmungsmitteldurchlass 50 fließt.
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Wie
hier beschrieben, kann die Anzahl der abwechselnd gestapelten Gehäuseteile
und daher der Wärmetauscherunteranordnungen
abhängig
von der Anordnung variiert werden. Jede Unteranordnung wird typischerweise
mindestens einen Gehäuseteil
mit einem oder mehreren Öldurchlässen aufweisen,
und mindestens einen Gehäuseteil,
der einen oder mehrere Kühlströmungsmitteldurchlässe hat.
Es wird in Betracht gezogen, dass ein einziger Öldurchlass 40 in dem
Gehäuseteil
(in den Gehäuseteilen) 33 eine
praktische Strategie bzw. Möglichkeit des
Aufbaus vorsehen wird, wie hier beschrieben, dass jedoch mehrere Öldurchlässe jeweils
für jeden ersten
Gehäuseteil 33 verwendet
werden könnten, ohne
vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Ein
Metallschaum, beispielsweise ein Aluminiumschaumblock 32 mit
offenen Zellen wird in mindestens einem der Durchlässe 40 und 50 angeordnet.
Es wird in Betracht gezogen, dass ein einheitlicher Schaumblock,
der zu einer vorbestimmten Größe und Form
aus einem größeren ursprünglichen Block
geschnitten wurde, in jedem Öldurchlass 40 positioniert
sein wird, jedoch nicht innerhalb der Kühlmitteldurchlässe 50.
Aluminiumschaum könnte
jedoch sowohl in den Motorkühlmitteldurchlässen als auch
in den Motoröldurchlässen verwendet
werden, oder bei gewissen Anwendungen nur in den Motorkühlmitteldurchlässen. In
anderen Ausführungsbeispielen
können
alternative Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Kupfer,
rostfreier Stahl und andere Metalle oder Legierungen. Die Anzahl der
Poren pro Quadratinch des Metallschaums können variieren, und zwar abhängig von
den erwünschten
Charakteristiken des Wärmetauschers,
beispielsweise abhängig
vom Druckabfall zwischen dem Strömungsmitteleinlass
und dem Strömungsmittelauslass.
In noch weiteren Ausführungsbeispielen
kann die Anzahl der Poren pro Quadratinch innerhalb eines individuellen
Schaumblocks variiert werden, um einen Gradienten einzurichten.
Zusätzlich
kann die „offensichtliche
Dichte" des Schaums
in unterschiedlichen Wärmetauschern
variieren, genauso wie in einem individuellen Schaumblock. Die offensichtliche Dichte
kann als das Verhältnis
des Volumens, welches von dem Metall in dem Schaum eingenommen wird,
zu dem gesamten Volumen verstanden werden, welches von dem Schaum
eingenommen wird, oder einem definierten Teil davon. Diese Faktoren
können variiert
werden, um einen speziellen Schaumblock „einzustellen", um spezielle betriebliche
Charakteristiken vorzusehen, und zwar zu Zwecken, die dem Fachmann
offensichtlich sein werden.
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Mit
Bezug auf 2 ist dort perspektivisch ein
zusammengebauter Ölkühler/Wärmetauscher 30 ähnlich jenem
gezeigt, der in 1 gezeigt ist. Jeder der Gehäuseteile 33 und 34 kann
in der veranschaulichten abwechselnden gestapelten Konfiguration
positioniert sein, sodass ein Öldurchlass 40 in
jedem der ersten Gehäuseteile 33 sich
mit einer Vielzahl von Motorkühlströmungsmitteldurchlässen 50 abwechselt,
die sich in jedem der zweiten Gehäuseteile 34 erstrecken.
Somit weist das Ausführungsbeispiel der 2 zwei
Wärmetauscherunteranordnungen auf,
die zusammengestapelt sind, wobei jede aus ersten und zweiten Gehäusetei len
besteht. Obwohl die jeweiligen Durchlässe für Öl und Motorkühlströmungsmittel
und die jeweiligen Zirkulationsrichtungen so sein können, dass
ein Motorkühlmittelfluss und
ein Ölfluss
ungefähr
in umgekehrter Richtung im Wärmetauscher 30 sind,
ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine solche Konfiguration
eingeschränkt.
Beispielsweise könnten
ein oder mehrere Öldurchlässe so orientiert
sein, dass Öl
in einem quer gerichteten Fluss zum Motorkühlströmungsmittel fließt, oder
auch in der gleichen Richtung, und zwar ohne vom beabsichtigten
Kern und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Mit
Bezug auf 3 ist dort eine perspektivische
Explosionsansicht einer Wärmetauscherunteranordnung
gezeigt, wie sie in dem Wärmetauscher 30 der 2 vorgesehen
ist. Wie veranschaulicht, kann der Gehäuseteil 33 eine Vielzahl
von Gehäusepaneelen
aufweisen, die ein erstes Paneel 33a und ein zweites Paneel 33b aufweisen.
Jedes der ersten und zweiten Paneele kann aus einer Metallplatte
bestehen, wie beispielsweise aus einer Aluminiumplatte, wobei die
spezielle rechtwinklige Konfiguration des ersten Teils 33a durch
Biegen eines vergleichsweise größeren Stückes oder
durch Verbinden/Positionieren einer Vielzahl von kleineren Paneelen
aneinander in der erwünschten
Konfiguration geformt wird, oder durch irgendeinen anderen Vorgang.
Jedes der ersten und zweiten Paneele 33a und 33b kann
mit dem zweiten Gehäuseteil 34 durch
Hartlöten
oder durch irgendeinen anderen geeigneten hier beschriebenen Prozess
verbunden werden. In der in 3 gezeigten
Konfiguration können
die Paneele 33a und 33b im Allgemeinen senkrecht
zu einer ebenen Außenfläche 36 des
zweiten Gehäuseteils 34 orientiert sein
und damit benachbart zu den Umfangskanten 54 verbunden
sein. Der zweite Gehäuseteil 34 kann
eine andere ebene Außenfläche gegenüberliegend
zur Oberfläche 36 aufweisen,
obwohl dies in 3 aufgrund der ausgewählten Ansicht
nicht gezeigt ist.
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Der
zweite Gehäuseteil 34 kann
einen Extrusionskörper
aufweisen. Der Extrusionskörper
kann beispielsweise ein relativ dünner rechteckiger Metallextrusionskörper mit
mehreren Anschlüssen
bzw. mehreren Durchlässen
sein, der aus einem einzigen Metallstück geformt ist, wie beispielsweise
aus Aluminium, und der eine ebene vordere Fläche 36 und eine hintere
Fläche
hat. Alternativ könnte
der Extrusionskörper
eine Vielzahl von individuell extrudierten Rohren aufweisen, die
benachbart angeordnet sind. Im Fall eines metallischen Extrusionskörpers mit mehreren
Anschlüssen
kann jeder der Vielzahl von Strömungsmitteldurchlässen 50 von
einander durch Versteifungen 52 getrennt sein, die während des
Extrudierens des Gehäuseteils 34 (im
Folgenden „Extrusionskörper 34") geformt werden.
Die Versteifungen 52 können
längs verlaufende
Rippen innerhalb des jeweiligen Extrusionskörpers aufweisen, die die einzelnen
Durchlässe 50 trennen
und strömungsmittelmäßig isolieren,
und die senkrecht zur vorderen Fläche 36 und der hinteren
Fläche
des Extrusionskörpers 34 orientiert
sind. Somit kann jeder Strömungsmitteldurchlass
von benachbarten Strömungsmitteldurchlässen durch
eine oder mehrere längs verlaufende
Versteifungen getrennt sein. Wo einzeln extrudierte Rohre Seite
an Seite gekoppelt verwendet werden, können die benachbarten Wände von
jedem der Rohre als „Versteifungen" für den Extrusionskörper 34 dienen.
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Auf
jeden Fall wird der Extrusionskörper 34 typischerweise
einen Strukturträger
für den
Wärmetauscher 30 aufweisen,
wobei die Versteifungselemente 52 nicht nur den Extrusionskörper 34 sondern auch
den Wärmetauscher 30 selbst
versteifen. Die Versteifungen 52 können auch eine Wärmeaustauschoberfläche zwischen
benachbarten Durchlässen
vorsehen, und eine Wärmeaustauchoberfläche für den Austausch
von Wärme
zwischen den getrennten Strömungsmitteln.
Extrusionskörper
mit einer Vielzahl von strukturellen Eigenschaften und Materialeigenschaften
sind leicht aus kommerziellen Quellen erhältlich, die dem Fachmann bekannt
sind, wie beispielsweise Brazeway aus Adrian, Michigan. In alternativen
Konstruktionen kann ein gegossener oder (spanend) bearbeiteter zweiter
Gehäuseteil
anstatt eines extrudierten Gehäuseteils
verwendet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass die jeweiligen Teile/Paneele
des ersten Gehäuseteils 33 mit
der Oberseite 36 des Extrusionskörpers 34 entlang dessen
Umfangskanten 54 verbunden sein kann, und zwar durch eine
Lötprozess,
wie hier beschrieben, oder durch einen anderen geeigneten Prozess.
Jeder Extrusionskörper 34 kann
somit eine Wand des Durchlasses 40, wie im Ausführungsbeispiel
der 2, und Gehäusepaneele 33a und 33b aufweisen,
die in Kombination damit den ersten Strömungsmitteldurchlass 40 definieren.
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3 veranschaulicht
auch perspektivisch einen Metallschaumblock 32, beispielsweise
einen Aluminiumschaumblock, der in dem Öldurchlass 40 positioniert
sein kann. Leitmittel bzw. Flügel,
die beispielsweise positioniert sind, um sich senkrecht in einer
Richtung des Strömungsmittelflusses
im Öldurchlass 40 zu
erstrecken, können
auch aus Gründen
vorgesehen sein, die dem Fachmann für die Technik von Wärmetauschern
bekannt sind. In anderen Fällen
kann jedoch das Vorsehen von Leitmitteln eingeschränkt oder
ohne Vorteil sein, wo ein übermäßiger Druckabfall
auftreten würde.
Der Aluminiumschaumblock 32 wird eine relativ große sekundäre Wärmeübertragungsfläche zum
Austausch von Wärme
zwischen dem Öl
im Durchlass 40 und dem Motorkühlmittel oder einem anderen
Strömungsmittel
in den Durchlässen 50 vorsehen.
Zusätzlich
tendiert die Anwendung eines Schaums dazu, einen turbulenten Fluss
zu begünstigen,
eine Charakteristik, die im Allgemeinen beim Wärmetauscherbetrieb wünschenswert
ist. Der Block 32 kann erste und zweite verjüngte Kanten 38 aufweisen,
um einen Ölfluss
in den Durchlass 40 hinein und aus diesem heraus zu erleichtern. Blöcke aus
Aluminiumschaum sind im Allgemeinen kommerziell erhältlich von
Light Weight Solutions, Inc., Newark, Delaware. Andere Metallschäume sind leicht
aus einer Vielzahl von kommerziellen Quellen erhältlich. In einer praktischen
Einrichtungsstrategie wird der Block 32 in den Wärmetauscher 30 durch Druck
eingesetzt oder eingepresst, um die mechanische und thermische Koppelung
zwischen dem Block 32 und den anderen Komponenten zu verbessern. Das
Einpressen oder die Druckeinpassung des Aluminiumschaumblockes 32 kann
aufweisen, das Volumen des Schaumblockes um bis zu 10% zu verringern,
beispielsweise zwischen den benachbarten Extrusionskörpern 34.
Das Einpressen des Aluminiumschaumblocks 32 zwischen den
Extrusionskörpern 34 kann
somit mehr Kontaktoberfläche
zwischen dem Aluminiumschaum und den ebenen Oberflächen 36 vorsehen,
als alleine durch Anordnen des Blockes 32 in Kontakt damit
verfügbar
wäre. Zusätzliche
und/oder alternative Mittel zur Vergrößerung der verfügbaren Anbringungsoberfläche weisen
das maschinelle Bearbeiten, beispielsweise das Schleifen, der Schaumanlagestirnseiten
oder -oberflächen
auf, im Endeffekt, das "Verschmieren" des Materials oder das
Formen des Metallschaums mit einer äußeren Haut, die geschlossene
Zellen hat oder keine Zellen hat, dort wo sie mit den anderen Komponenten
des Wärmetauschers
verbunden sind. In einem in Betracht gezogenen Ausführungsbeispiel,
das hier beschrieben wird, wird der Austausch von Wärme zwischen
den Strömungsmitteln
in den jeweiligen Durchlässen über ein
thermisch leitendes Befestigungsmaterial stattfinden, welches den
Aluminiumschaumblock 32 mit den Extrusionskörpern 34 verbindet.
Der Herstellungs/Montageprozess für den Wärmetauscher 30, der
hier beschrieben wird, wird gestatten, dass das ausgewählte thermisch
leitende Befestigungsmaterial im Wesentlichen über die gesamte Kontaktfläche zwischen
dem Aluminiumschaumblock 32 und den Extrusionskörpern 34 verteilt
wird. Anders gesagt, in gewissen Ausführungsbeispielen kann die gesamte
Anlagefläche
von jedem Aluminiumschaumblock auf der jeweiligen Oberfläche von benachbarten
Extrusionskörpern
als eine Zone zur thermischen Koppelung des Schaumblockes mit dem Extrusionskörper über das
thermisch leitende Befestigungsmaterial dienen.
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Das
thermisch leitende Befestigungsmaterial kann ein (Hart-)Lötfüller sein,
beispielsweise ein aluminiumbasierter Lötfüller, der die jeweiligen Gehäuseteile 33, 34 und
den Aluminiumschaumblock 32 miteinander verbindet und diese
thermisch koppelt. Die vorliegende Offenbarung zieht auch die Anwendung
eines Aluminiumschaumblocks mit einer vergleichsweise höheren Porendichte
in Regionen in Betracht, die mit anderen Wärmetauscherkomponenten verbunden
sind, und mit einer vergleichsweise geringeren Porendichte in anderen
Regionen. Eine solche Konstruktion sieht eine vergleichsweise höhere Oberfläche zur
Verbindung des Schaums durch die größere Dichte der Schaumverbindungen
vor, ohne übermäßig den
Strömungsmittelfluss
in anderen Regionen zu behindern. Während in Betracht gezogen wird,
dass die beschriebenen Aluminiumschaumblöcke, die aus größeren ursprünglichen
Blöcken
ausgeschnitten sind, eine praktische Strategie zur Einrichtung bieten,
ist die vorliegende Offenbarung nicht dadurch eingeschränkt. Anstelle
eines einheitlichen Schaumblockes könnten beispielsweise mehrere
Blöcke
oder auch zahlreiche Metallschaumstücke in dem Wärmetauscher 30 positioniert
sein. Wie oben erwähnt,
können
Leitmittel zwischen den Schaumstücken
oder in den Schaumstücken
vorgesehen sein, um dabei zu helfen, den Strömungsmittelfluss zu leiten
und die Turbulenz zu steigern.
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Der
Wärmetauscher 30 kann
durch ein Verfahren hergestellt werden, durch welches die verschiedenen
Komponenten miteinander über
ein Lötverfahren
verbunden werden. Ein geeignetes Lötverfahren für eine spezielle
Zusammenstellung von Materialien ist in der Technik als Nocolok-Löten bekannt, obwohl
die vorliegende Offenbarung nicht dadurch eingeschränkt ist.
Eine spezielle Herstellungsstrategie, wenn Aluminium verwendet wird,
kann aufweisen, die Gehäusepaneele 33a und 33b um
den Aluminiumschaumblock 32 zu positionieren. Der Aluminiumschaumblock 32 kann
dann thermisch mit dem Extrusionskörper 34 über ein
Wärme leitendes
Befestigungsmaterial gekoppelt werden, wie beispielsweise mit einem
(Hart-)Lötmaterial
oder einem geeigneten thermisch leitenden Klebemittel. Wie hier
beschrieben, können
die Gehäuseteile 33 und 34,
die miteinander gekoppelt sind, als eine Wärmetauscherunteranordnung angesehen
werden. Wo ein Wärmetauscher
mit einer Vielzahl von Unteranordnungen herzustellen ist, können zusätzliche
Schaumblöcke, Gehäusepaneele
und Extrusionskörper
hinzugefügt werden,
wie benötigt.
Der gesamte Satz von Unteranordnungen kann geklemmt oder in anderer
Weise temporär
in der gewünschten
Konfiguration aneinander befestigt werden. Eine Befestigung des
Blocks 32 durch Druck kann stattfinden, wenn die Unteranordnungen
montiert werden oder davor. Bevor oder nachdem jede der Wärmetauscherkomponenten
in der erwünschten
Konfiguration angeordnet ist, kann ein Lötflussmaterial und ein Lötfüller auf
jede der Flächen
des Wärmetauschers
aufgebracht werden. Das Löftflussmaterial
und der Lötfüller können an
der gesamten Anordnung aufgebracht werden, oder an den einzelnen
Teilen in Zonen, wo sie zu befestigen sind, und zwar durch irgendein
geeignetes Verfahren, wie beispielsweise Tauchen, Sprühen, Fluten
usw. Eine Vielzahl von geeigneten (Hart-)Lötpasten ist auch kommerziell
erhältlich
und kann geeignet sein, wenn gesteigerte Viskosität der Paste
im Vergleich zu einem flüssigen
Material wünschenswert
ist. Eine relativ dicke streichbare Paste kann für vergrößerte Tiefe oder Dicke des
Füllermaterials
beispielsweise zwischen den Teilen des zu verbindenden Wärmetauschers
verwendet werden.
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Ein
geeignetes Lötflussmaterial
weist Kaliumfluoraluminatsalz (KF:AlF3)
auf, welches durch Tauchen, Sprühen,
Fluten usw. als eine wässrige Schlämmung mit
einer Konzentration von beispielsweise 5% bis 25% aufgebracht werden
kann. Der Fachmann wird erkennen, dass die Eignung eines ausgewählten Lötflussmaterials
zumindest teilweise von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des
Aluminiumschaumblockes 32 und des Extrusionskörpers 34 abhängen wird.
Für Anwendungen
mit vergleichsweise niedrigerer Temperatur, beispielsweise ungefähr 580°C, können Caesium
basierte Flussmaterialien und andere verwendet werden. Im Allgemeinen
ist extrudiertes Aluminium bis jetzt in einer größeren Vielzahl von Zusammensetzungen
und Eigenschaften verfügbar
gewesen als geeignete Aluminiumschäume. Somit kann die Auswahl
eines geeigneten Lötflussmaterials
und/oder Füllermaterials mehr
auf dem speziellen Aluminiumschaum basieren als auf dem Aluminiumextrusionskörper, da
die Extrusionskörper
im Allgemeinen vom Kunden angepasst bestellt werden können, sodass
sie Eigenschaften haben, die in geeigneter Weise für ein gegebenes
Flussmittel und einen Füller
geeignet sind. Ein geeignetes (Hart-)Lötfüllermaterial kann auch eine aluminiumbasierte
Zusammensetzung sein, wie beispielsweise eine aluminium-silizium-basierte
Zusammensetzung, wobei zahlreiche davon leicht kommerziell verfügbar sind.
Alternative Füllermaterialien
können
zinkbasiert sein. In Ausführungsbeispielen,
wo andere Materialien als Aluminium verwendet werden, können unterschiedliche
Füller-
und Flussmaterialien ausgewählt
werden.
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Sobald
die zusammengebauten Komponenten aneinander befestigt sind und geeignete
Lötfüller- und
Lötflussmaterialien
aufgebracht sind, kann die gesamte Anordnung in einem (Hart-)Lötofen angeordnet
werden. Im Lötofen
kann die Anordnung auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die ausreicht, um
den Aluminiumschaumblock mit dem Extrusionskörper 34 über den
Lötfüller zu
verbinden. Jeder der anderen Gehäuseteile
kann auch miteinander über den
Lötfüller verbunden
werden, genauso wie mit dem Aluminiumschaum verbunden werden. Die
ausgewählte
Temperatur wird typischerweise ausreichend sein, um die beschriebene(n)
Verbindung(en) über
den Lötfüller zu
erreichen, ohne dass das Aluminium, aus dem die Gehäuseteile
gemacht sind, zu schmelzen oder wesentlich anzuschmelzen. Eine ordnungsgemäße Auswahl
der Gehäuse-
und Schaummaterialien und die Anwendung von ähnlichen Metallen oder Legierungen,
wie beispielsweise Aluminium, für
alle Komponenten, wird gestatten, dass alle oder nahezu alle erwünschten
Verbindungen, egal ob strukturelle oder sonstige, während eines
einzi gen Lötprozesses
vorgenommen werden, ähnlich
wie bei gewissen bekannten Strategien zur Herstellung von Stangen-Platten-Wärmetauschern. Die
(Hart-)Löttemperatur
kann in gewissen Ausführungsbeispielen
größer als
ungefähr
425°C sein
und kann weiterhin im Bereich von ungefähr 570°C bis ungefähr 630°C sein, und zwar abhängig von
dem ausgewählten
Lötfüller und
der Zusammensetzung der Schaum- und Gehäuseteile.
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Das
Ofenlöten
der Anordnung kann entweder kontinuierlich oder in Stapelverarbeitung
geschehen und kann einen anfänglichen
Trocknungsschritt bei ungefähr
200°C für ungefähr zwei
Minuten aufweisen. Folgend auf die Trocknung kann die Anordnung über einen
Heizschritt behandelt werden, bei dem die Temperatur auf ein Maximum
(ungefähr 570°C bis ungefähr 630°C) in ungefähr 10 Minuten gesteigert
wird. Sobald die maximale Temperatur erreicht ist, kann die Anordnung
einer Lötstufe
unterworfen werden, wo die Lötofentemperatur
auf dem Maximum für
ungefähr
drei Minuten gehalten wird und dann auf Raumtemperatur beispielsweise
in ungefähr
dreißig
Minuten abgekühlt
wird. Das Ofenlöten
kann in einer Umgebung unter Sauerstoffabschluss stattfinden, um
eine Sauerstoffverunreinigung zu verhindern. Noch andere geeignete
alternative Löttechniken
sind dem Fachmann bekannt, und der beispielhafte hier beschriebene
Prozess und die Temperaturen sollen nicht so verstanden werden, dass
sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken. Der
Fachmann wird leicht erkennen, dass die Temperatur und die Dauer
von jeder Lötstufe
zumindest teilweise von den Eigenschaften der Materialien abhängen wird,
die für
die Wärmetauschergehäuseteile
und den Schaum ausgewählt
werden, genauso wie von den Eigenschaften der Lötmaterialien selbst. Beispielsweise
werden Kupferschäume
typischerweise bei höheren
Temperaturen gelötet werden
als Aluminiumschäume.
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In
noch weiteren Ausführungsbeispielen könnten alternative
Verbindungstechniken verwendet werden, wie beispielsweise ein thermisch
leitendes Epoxydharz, beispielsweise Aremco-Bond 525, welches
von Aremco, Valley Cottage, New York, erhältlich ist. In einem solchen
Ausführungsbeispiel
kann das Epoydharz als eine dünne
gleichförmige
Schicht auf den zu verbindenden Oberflächen des Wärmetauschers 30 aufgebracht
werden, und dann über eine
Aufheizung von bei spielsweise zwei Stunden bei 150°C gehärtet werden.
Ein thermisch leitendes Epoxydharz oder ein anderes thermisch leitendes Klebemittel
kann insbesondere für
den Schritt der Verbindung des Aluminiumschaumblocks 32 mit
den Extrusionskörpern 34 gut
geeignet sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 1 kann Öl
mit einer relativ hohen Temperatur durch Motorkühlströmungsmittel mit einer vergleichsweise
niedrigen Temperatur über
den Wärmetauscher 30 gekühlt werden.
Das Motorkühlströmungsmittel
wird wiederum aufgeheizt und von dort zum Kühler 18 zurückgeleitet,
wo Wärme
in die Umgebung in herkömmlicher Weise
abgeleitet werden kann. Der Wärmetauscher 30 wird
einen vergleichsweise leichteren Motorölkühler als gewisse frühere Konstruktionen
vorsehen, ohne Leistung zu opfern. In manchen Fällen wird der Aluminiumschaum,
der im Wärmetauscher 30 verwendet
wird, die Leistungscharakteristiken von früheren Konstruktionen überschreiten.
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Motorkühlmittel
wird ein praktisches Wärmeübertragungsmedium
zur Kühlung
von Öl,
wie beispielsweise Motoröl,
in dem Wärmetauscher 30 vorsehen,
jedoch könnten
Wasser oder ein anderes geeignetes Strömungsmittel verwendet werden,
ohne vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Während
in Betracht gezogen wird, dass eine Anwendung für den Wärmetauscher 30 ein
Motorölkühler sein
wird, wie hier gezeigt und beschrieben, ist weiterhin die vorliegende
Offenbarung nicht dadurch eingeschränkt. Beispielsweise könnte der
Wärmetauscher 30 verwendet
werden, um Getriebeströmungsmittel
oder ein anderes Motorströmungsmittel
zu kühlen,
oder er könnte überhaupt getrennt
von einem Verbrennungsmotor verwendet werden, beispielsweise als
ein Wärmetauscher,
um gewisse Strömungsmittel
zu kühlen
oder zu heizen, die in industriellen Prozessen und verwandten Maschinen
verwendet werden.
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Aluminium
hat sich als ein hochwirksames leichtgewichtiges und wirtschaftliches
Wärmetauschermaterial
erwiesen, insbesondere wenn es bei herkömmlichen Stangen-Platten- und
Rohr-Hüllen-Wärmetauschern
verwendet wird. Trotz der Vorteile, die von Aluminium geboten werden,
sind Kupfer und rostfreier Stahl bis jetzt der Industriestandard
gewesen, zumindest teilweise aufgrund der vergleichbaren Einfachheit,
mit der gewisse Arten von Wärmetauschern
unter Verwendung von Kupfer und Stahl durch herkömmliche Techniken hergestellt
werden können.
Bezüglich
nicht traditioneller Materialien, wie beispielsweise Aluminiumschäumen, sind
praktische Konstruktionen und Herstellungsstrategien für zumindest
gewisse Arten von Wärmetauschern
bis jetzt nicht vorhanden gewesen. Die vorliegende Offenbarung sieht
somit ein Herstellungsverfahren und eine Konstruktion für einen
modularen Wärmetauscher vor,
wodurch zumindest einige, und in gewissen Ausführungsbeispielen alle, Komponenten
eines metallschaumbasierten Wärmetauschers
aus Aluminium konstruiert werden können, obwohl die hier beschriebenen
Techniken genauso auf traditionelle Wärmetauschermaterialien angewandt
werden können.
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Die
Anwendung des beschriebenen Ofenlötprozesses erleichtert weiter
die relativ schnelle Produktion in großem Umfang, wobei alle oder
nahezu alle Strömungsmitteldichtungen
und Strukturverbindungen des Wärmetauschers
während
eines einzigen (Hart-)Lötprozesses
geformt werden können. Bezüglich der
Materialien genauso wie des Herstellungsprozesses selbst bietet
die gegenwärtig
offenbarte Strategie beträchtliche
Vorteile gegenüber
früheren
Konstruktionen, wie beispielsweise von Tonnen und anderen, der oben
besprochen wurde, wobei Schweiß- oder (Weich-)Löttechniken
verwendet werden, um verschiedene Wärmetauscherkomponenten zu befestigen.
Während
Schweißen
und (Weich-)Löten
in manchen Fällen
geeignet sind, ist es dem Fachmann wohlbekannt, dass Aluminium tendenziell für solche
Techniken weniger gut geeignet ist als andere Materialien.
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In
vielen Fällen
ist herausgefunden worden, dass das herkömmliche Schweißen von
Aluminium nahezu unmöglich
ist. Während
(Weich-)Löten
in Betracht gezogen wird, kann das herkömmliche Weichlöten von
inneren Verbindungen erfordern, dass die Technik, die verwendet
wird, um später
andere Komponenten anzubringen, so ausgewählt wird, dass sie nicht die
inneren weichgelöteten
Verbindungen stört bzw.
zerstört.
Anders gesagt, ein Hochtemperaturhartlötprozess oder Schweißprozess
für strukturelle Gehäuseverbindungen
kann eine Tendenz haben, schon existierende weichgelötete Verbindungen
zu beeinträchtigen,
da die Schmelztemperatur für Weichlot
tendenziell beträchtlich
niedriger ist als Temperaturen, die gewöhnlicherweise beim Schweißen und
Hartlöten
verwendet werden. Die gleiche Technik kann bei der vorliegenden
Offenbarung für alle
Komponentenverbindungen verwendet werden, und sie leidet nicht unter
solchen Nachteilen. Die gesamte Strukturintegrität der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden
Offenbarung wird auch gegenüber gewissen
herkömmlichen
Konstruktionen verbessert, und zwar dahingehend, dass ein vergleichsweise steifer
und fester Extrusionskörper
als ein Substrat zur Anbringung und zum Tragen der anderen Komponenten
verwendet werden kann. Noch weiterhin stellt die beschriebene Anwendung
eines Metallschaumblockes und eines Extrusionskörpers mit ebenen Stirnseiten
eine Konstruktion dar, die gut zur Einpassung des Schaumblockes
in das Gehäuse durch
Druck geeignet ist. Andere kompliziertere Schaum- und Gehäusekonfigurationen
können
in ungeeigneter Weise durch die Kräfte verformt werden, die zum
Komprimieren oder Einquetschen des Metallschaums nötig sind.
Schließlich
tendiert das Hartlöten
dazu, Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten vorzusehen,
die fester sind als gewisse geschweißte oder weichgelötete Verbindungen.
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Die
vorliegende Beschreibung ist nur Veranschaulichungszwecken vorgesehen
und soll nicht so angesehen werden, dass sie die breite Auslegung der
vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Somit
wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an
den gegenwärtig
offenbarten Ausführungsbeispielen
vorgenommen werden können,
ohne vom beabsichtigten Kern und Umfang der vorliegenden Offenbarung
abzuweichen. Während
beispielsweise die vorliegende Offenbarung in erster Linie im Zusammenhang
mit einem Aluminiumextrusionskörper
besprochen wird, der als der zweite Gehäuseteil für das Motorkühlströmungsmittel dient,
sind Alternativen möglich.
Ein Kupferextrusionskörper
könnte
beispielsweise verwendet werden. In ähnlicher Weise muss der erste
Gehäuseteil
nicht aus Aluminiumplatten gemacht sein oder überhaupt aus Aluminium gemacht
sein. Während
die vorliegende Beschreibung Hartlötmaterialien und Hartlöttechniken
als gut geeignet zur Herstellung von Wärmetauschern gemäß der vorliegenden
Offenbarung bespricht, sei ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass einige oder alle der Verbindungen zwischen
den Komponenten durch andere Mittel hergestellt werden können, wie
beispielsweise durch thermisch leitende Epoxydharze oder andere
Klebemittel und andere bekannte Verbindungstechniken. Andere Aspekte, Merkmale
und Vorteile werden bei einer Untersuchung der beigefügten Zeichnungen
und der angehängten
Ansprüche
offensichtlich werden. 26258
-
Zusammenfassung
-
Ein
Verfahren zur Herstellung eines auf Metallschaum basierenden Wärmetauschers
weist auf, beispielsweise einen Aluminiumschaumblock in einem ersten
Gehäuseteil
zu positionieren, der einen ersten Strömungsmitteldurchlass definiert,
und den Block in Kontakt mit einem Teil des Gehäuses anzuordnen, der zumindest
einen weiteren Strömungsmitteldurchlass
definiert, wobei der Gehäuseteil
ein Extrusionskörper
ist. Ein Lötflussmaterial
und ein Lötfüller werden
auf den Schaum und/oder den Extrusionskörper aufgebracht, wobei der
Schaum thermisch mit dem Extrusionskörper mit dem Lötfüller über die
Aufheizung in einem Lötofen
gekoppelt wird. Ein Wärmetauscher
weist ein Gehäuse
mit einem Strömungsmitteldurchlass
mit einem Metallschaum, wie beispielsweise einem Aluminiumschaum,
darin auf. Der Metallschaum ist an einem metallischen Extrusionskörper angebracht,
wie beispielsweise an einem Aluminiumextrusionskörper, und ist über einen
thermisch leitenden Lötfüller damit
verbunden. Ein Verfahren zur Kühlung
von Öl
in einem Verbrennungsmotor wird weiter vorgesehen, welches den Schritt aufweist, Öl mit hoher
Temperatur durch einen Aluminiumschaum in einem Strömungsmitteldurchlass
eines ersten Gehäuseteils
zu leiten und Strömungsmittel
mit niedriger Temperatur durch einen zweiten Durchlass in einem
zweiten Gehäuseteil
zu leiten. Wärme
wird zwischen dem Öl
mit hoher Temperatur und dem Strömungsmittel
mit niedriger Temperatur zumindest teilweise über ein thermisch leitendes
Befestigungsmaterial ausgetauscht, welches den Aluminiumschaum mit
dem zweiten Teil des Gehäuses verbindet.