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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Wärmeübertager,
insbesondere Wärmeübertrager, welche im Kraftfahrzeugbereich
eingesetzt werden, weisen allgemein Rippen-Flachrohr-Blöcke auf,
welche an der Oberseite und Unterseite mit jeweils einem Bodenelement
versehen sind, welches als Anschluss an einen Kühlmittelkasten-
oder behälter dient. Zwischen Kühlmittelkasten
und Bodenelement ist dabei bei den aus dem Stand der Technik bekannten
Wärmeübertragern eine Feststoffdichtung vorgesehen.
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Derartige
Feststoffdichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass es oft
zu Undichtigkeiten der Kühlmittelkasten-Bodenelementverbindung
kommt. Darüber hinaus ist auch das Verfahren, mittels welchem
der Kühlerblock des Wärmeübertragers
dichtend verschlossen wird, aufwendig, da viele Verfahrensschritte
auszuführen sind und das Verfahren keine Möglichkeit
zur Automatisierung bietet.
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Gemäß dem
Stand der Technik beginnt ein Verschließverfahren des Kühlerblocks
in der Regel damit, dass ein Mitarbeiter den bereits fertig gelöteten
Kühlerblock vom Lötgestell entfernt, dabei Spannbänder
und Nägel abstreift, und anschließend den Kühlerblock,
das Lötgestell, den Spannkäfig und die Lötunterlagen
visuell prüft, den Kühlerblock etikettiert und
danach zum Weitertransport in eine Verschlussvorrichtung auf einem
entsprechenden Transportmittel anordnet, wobei gleichzeitig eine
Selektion defekter oder mit Lötmittel verschmutzter Kühlerblöcke
stattfindet, welche nicht zum Weitertransport bereitgestellt werden.
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Der
Verschließprozess beginnt dann mit dem Einhängen
des Kühlerblockes in eine entsprechende Vorrichtung. Danach
wird von einem zuständigen Mitarbeiter ein Dichtrahmen
in eine entsprechende Bodensicke des Bodenelements eingehängt
und ein Wasserkasten wird auf das Bodenelement aufgesetzt. Der eigentliche
Verschließvorgang wird im Anschluss von einem Werkzeug,
welches für das zu fertigende Kühlermodell spezifisch
ist, durchgeführt. Wenn der Kühlmittelkasten dann
fest an dem Bodenelement bzw. an dem Kühlerblock angebracht
ist, wird der Kühlerblock gedreht, so dass auch die gegenüberliegende
Seite entsprechend mit einem Dichtrahmen, der in eine entsprechende
Bodensicke des gegenüberliegenden Bodenelements eingesetzt wird,
versehen werden kann. Danach wird der Kühlerblock mit dem
zweiten Wasserkasten in das Verschließwerkzeug eingehängt
und die Verschließpresse wird ausgelöst. Der fertige
geschlossene Kühlerblock kann dann entnommen werden und
auf Dichtigkeit überprüft werden.
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Insbesondere
die Verschließwerkzeuge benötigen jedoch hohe
Rüstzeiten, da für fast jeden Kühlertyp
ein anderes, für diesen Typ speziell angepasstes Verschließwerkzeug
bereitgestellt werden muss. Darüber hinaus wird ein Mitarbeiter
benötigt, um den Verschließvorgang dann durchzuführen.
Somit kann eine Automatisierung dieses Prozesses nicht auf geeignete
Weise realisiert werden.
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Aus
DE 27 03 528 A1 ist
ein Wasserkühler bekannt, mittels welchem eine sichere
Dichtwirkung der zwischen dem Wasserkasten und dem Rohrboden vorhandenen
Dichtung erreicht werden soll. Der Wasserkühler weist dabei
einen Wasserkasten und einen damit lösbar verbundenen Rohrboden
auf, wobei im Bereich des Randes des Wasserkastens eine umlaufende
elastische Dichtung vorgesehen ist, und wobei der Rohrboden einen
die Dichtung umgebenden Rand hat. Weiterhin weist der Wasserkühler
eine die Dichtung unter Spannung haltende Rastverbindung zwischen
dem Wasserkasten und dem Rohrboden auf, wobei die den Wasserkasten
am Rohrboden haltenden Rastglieder jeweils eine Rastfläche
aufweisen. Die Rastglieder sind in Richtung zum Wasserkasten federnd
ausgebildet, so dass die Rastflächen dieser Rastglieder
an ihren vom Wasserkasten entfernten Enden jeweils stirnseitig angeordnet
sind.
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Es
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager
für Kraftfahrzeuge vorzusehen, wobei eine verbesserte Dichtung
zwischen Bodenelement und Kühlmittelkasten auf einfache
und effektive Art und Weise erreicht wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager
mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in
den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird
ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Kühler
für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen, welcher einen Wärmeübertragerblock aufweist,
welcher an einer Oberseite und/oder einer Unterseite mit einem Bodenelement
versehen ist, welches mit einem Kühlmittelkasten verbunden
ist.
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Gemäß der
Erfindung sind das Bodenelement und der Kühlmittelkasten
miteinander sowohl durch eine Klebeverbindung als auch durch eine Rastverbindung
fest und dichtend verbunden. Gemäß der erfindungsgemäßen
Konfiguration ersetzt die Klebeverbindung vorteilhafterweise ein
zusätzliches Dichtelement und wirkt gleichzeitig als dauerhafte
nicht lösbare Verbindung des Bodenelements und des Kühlmittelkastens.
Durch die zusätzliche Rastverbindung wird die Verbindungsstärke
noch weiter erhöht, so dass ein Wärmeübertrager
mit hoher und dauerhafter Dichtigkeit vorgesehen wird, was wiederum
zur Reduzierung von Kühlerausfällen aufgrund von
Undichtigkeit führt. Auch vereinfacht die erfindungsgemäße
Konstruktion die Herstellung des Wärmeübertragers,
insbesondere den Verschlussschritt, in welchem nun keine zusätzliche
Dichtung angeordnet werden muss, was somit auch die Herstellungskosten
reduziert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird ein Wärmeübertrager
vorgesehen, bei welchem das Bodenelement einen umlaufenden Rand
mit einem Aufnahmebereich aufweist, in welchen eine Außenwand
des Kühlmittelkastens aufgenommen ist, wobei eine Klebstoffmasse
für die Klebeverbindung zwischen dem Kühlmittelkasten
und dem Bodenelement in dem Aufnahmebereich des umlaufenden Randes
aufgebracht ist. Somit wird in dem entsprechend ausgebildeten Rand
des Bodenelements auf konstruktiv einfache Art und Weise ein Raum
vorgesehen, in welchem sowohl die Klebstoffmasse als auch die Außenwand
des Kühlmittelkastens aufnehmbar ist.
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Vorzugsweise
wirkt die Klebstoffmasse als Dichtmittel, um den Kühlmittelkasten
gegen das Bodenelement abzudichten.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Bodenelement
in dem umlaufenden Rand eine Vielzahl von Aussparungen, insbesondere
eine Vielzahl von Schlitzen auf. In die Schlitze sind in der Größe
und Position entsprechend auf dem Kühlmittelkasten ausgebildete
Rastelemen ten einführbar, um eine zusätzliche
Verbindung des Kühlmittelkastens mit dem Bodenelement zu
schaffen.
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Gemäß noch
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlmittelkasten
an der Außenwand mit einer Vielzahl von von der Außenwand abragenden
Rastelementen versehen, insbesondere mit einer Vielzahl von als
Rastzapfen geformten Rastelementen, welche ausgebildet sind, um
jeweils in eine von der Vielzahl von Aussparungen des umlaufenden
Randes des Bodenelements einzugreifen bzw. darin einzurasten. Die
oben beschriebene zusätzliche Verbindung wird somit auf
vorteilhafte Weise geschaffen.
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Zwischen
jeweils zwei von der Außenwand des Kühlmittelkastens
abragenden Rastelementen sind erste Nuten im Fußbereich
der Außenwand vorgesehen. Diese trennen jeweils einen Abschnitt
mit einem Rastelement von einem nächsten Rastelement ab,
und verleihen dem Fußbereich der Außenwand eine
gewisse Flexibilität. Dabei werden federnde Abschnitte
gebildet, so dass der Einrastvorgang der Rastelemente erleichtert
wird.
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Vorzugsweise
ist darüber hinaus in dem Fußbereich der Außenwand
des Kühlmittelkastens eine in der Längsrichtung
der Außenwand verlaufende zweite Nut vorgesehen, welche
im Wesentlichen senkrecht zu den ersten Nuten verläuft.
Die zweite Nut teilt die Außenwand im Fußbereich
in der Längsrichtung im Wesentlichen in zwei Hälften.
Die Klebstoffmasse bzw. der verwendete Klebstoff verteilt sich beim
Auftragen in der zweiten Nut und läuft in die ersten Nuten
nach, so dass den federnden Abschnitten, welche durch Vorsehen der
ersten Nuten gebildet werden, nach dem Verschließen bzw.
nach Aushärten des Klebstoffs keine weitere Möglichkeit
gegeben wird, sich elastisch zu verbiegen bzw. deren Federwirkung
gehemmt wird. Dies verbessert weiterhin die Stabilität
der Verbindung zwischen Bodenelement und Kühlmittelkasten.
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Es
ist besonders bevorzugt, wenn die Höhe der zweiten Nut
größer ist als die Höhe ist, in welcher die
jeweiligen Aussparungen der Vielzahl von Aussparungen in dem Bodenelement
vorgesehen sind. Dies ist ausschlaggebend dafür, dass kein
Luft einschließender Raum zwischen der Klebstoffmasse und
dem Material des Kühlmittelkastens besteht, da die Luft
an den ersten Nuten entweichen kann.
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Weiterhin
bevorzugt ist, wenn an dem Fußbereich der Außenwand
des Kühlmittelkastens und/oder in dem Aufnahmebereich des
umlaufenden Randes des Bodenelements zumindest ein Abstandshalter
vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist eine Vielzahl von Abstandshaltern
vorgesehen. Vorzugsweise sind die Abstandshalter am Kühlmittelkasten
oder am Bodenelement angespritzt und definieren somit den mit Klebstoffmasse
zu füllenden Raum. Darüber hinaus stellen die
Abstandshalter sicher, dass der Kühlmittelkasten in einer
definierten Position gehalten wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeübertragerblock
aus einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten Rohr- und Rippenelementen,
insbesondere aus einer Vielzahl von Flachrohren und Wellrippen,
aufgebaut.
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Gemäß der
Erfindung wird darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen
eines Wärmeübertragers bereitgestellt, welches
die Schritte des Herstellens eines Wärmeübertragerblock
und des Verschließens des Wärmeübertragerblocks
umfasst. Erfindungsgemäß umfasst der Schritt des
Verschließens des Wärmeübertragerblocks
ein kombiniertes Fügeverfahren, welches einen Schritt des
Auftragens eines Klebstoffs an einem Abschnitt eines Bodenelements,
welches als Anschlussteil des Wärmeübertragerblocks
an einen Kühlmittelkasten dient, und welcher mit dem Kühlmittelkasten
zu verbinden ist, und einen Schritt des Einrastens des Kühlmittelkastens
in dem Bodenelement umfasst. Durch das kombinierte Fügeverfahren
wird durch die Kle beverbindung eine Dichtwirkung und gleichzeitig
eine dauerhafte und nicht lösbare Verbindung vorgesehen,
welche darüber hinaus durch den Rastschritt weiter verstärkt wird.
Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren auf Vorsehen
einer Verschließpresse verzichtet werden kann, kann Personal
reduziert werden und somit können Kosten eingespart werden.
Auch entfällt der zusätzliche Schritt des Anordnens
eines Dichtelements, was die Produktionskosten und -zeit weiter
reduziert. Zudem entfallen die hohen Rüstzeiten der Verschließwerkzeuge,
die für fast jeden Typ eines herzustellenden Kühlers
spezifisch sind, und somit auch die daraus resultierenden Kosten.
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Vorzugsweise
wird der Schritt des Auftragens des Klebstoffs mittels eines Roboters
ausgeführt, was eine Automatisierung des Herstellungsprozesses
und somit weitere Kosteneinsparungen erlaubt. Dabei ist es auch
bevorzugt, wenn der Roboter mit einer Dosiereinheit zum Dosieren
des Klebstoffs ausgerüstet ist.
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Noch
bevorzugter ist es, wenn auch der Schritt des Einrastens des Kühlmittelkastens
in dem Bodenelement mittels eines Roboters ausgeführt wird.
Vorzugsweise ist der Roboter mit einer Dosier- und Verschließeinheit
ausgerüstet, um den Dosier- und Verschließ- bzw.
Einrastvorgang automatisch auszuführen. Somit kann auf
vorteilhafte Art und Weise durch Einsatz von Robotern mit Dosiereinheit
eine Prozessoptimierung durch Automatisierung erzielt werden. Auf
Verschließwerkzeuge und auf Mitarbeiter die diese bedienen
kann verzichtet werden, was die Herstellungskosten deutlich reduziert.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Schritt des Einrastens gemäß einem
Clipsverfahren ausgeführt wird.
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Vorzugsweise
wird nach dem Schritt des Einrastens des Kühlmittelkastens
in das Bodenelement ein Trocknungsschritt durchgeführt.
Der Trocknungsschritt kann eine Zeitdauer zwischen 5 bis 10 Minuten betragen.
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Vorzugsweise
werden vor den Schritten des kombinierten Fügeverfahrens
die Elemente des Wärmeübertragerblocks verlötet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers;
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2 einen
Querschnitt durch ein Bodenelement und einen Kühlmittelkasten
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Bodenelements gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Kühlmittelkastens gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine
schematische Ansicht eines Abschnitts einer Produktionsanlage für
einen Wärmeübertrager gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Wärmeübertragers 1 in
zusammengesetztem Zustand. Der Wärmeübertrager 1 weist
einen Wärmeübertragerblock 2 auf, welcher
aus Rohrelementen 3 in Form von Flachrohren und Rippenelementen 4 in Form
von Wellrippen besteht, welche abwech selnd angeordnet sind. Die
Rohrenden der Rohrelmente 3 münden auf gegenüberliegenden
Stirnseiten in jeweils einen Sammelkasten, wobei die oberen Rohrenden
in einen oberen Kühlmittelkasten 5 bzw. Wasserkasten
und die unteren Rohrenden in einen unteren Kühlmittelkasten 6 bzw.
Wasserkasten münden. Der obere Kühlmittelkasten 5 weist
Anschlussstutzen (nicht gezeigt) für Zu- und Rücklauf
eines Kühlkreislaufs eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors
(nicht gezeigt) auf. Die gegenüberliegenden schmalen Seiten
des Wärmeübertragerblocks 2 sind jeweils
mit einem Seitenteil 7 versehen. Zwischen dem Wärmeübertragerblock 2 und
dem oberen Kühlmittelkasten 5 bzw. dem unteren
Kühlmittelkasten 6 ist jeweils ein Bodenelement 8 vorgesehen,
welches als Anschlusselement des Wärmeübertragerblocks 2 an
den jeweiligen oberen und unteren Kühlmittelkasten 5, 6 dient.
In einem umlaufenden Rand 9 des Bodenelements 8 ist
eine Vielzahl von Aussparungen 10 in Form von Schlitzen,
insbesondere von Walzschlitzen, vorgesehen, deren Funktionsweise
unten noch weiter beschrieben wird.
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2 zeigt
eine einen Querschnitt durch ein Bodenelement 8 und einen
Kühlmittelkasten 5 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Das Bodenelement 8 weist
den umlaufenden Rand 9 auf, der einen Aufnahmebereich 11 für
die Klebstoffmasse 12 als auch für eine Außenwand 13 des
Kühlmittelkastens 5 bildet. Wie in der Figur zu
erkennen ist, ist der Fußbereich der Außenwand 13 über
die Klebstoffmasse 12 fest und unlösbar an dem
Bodenelement 8 bzw. in dem umlaufenden Rand 9 des
Bodenelements 8 fixiert.
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Zusätzlich
sind an der Außenwand 13 Rastelemente 14 in
der Form von Einrastzapfen ausgebildet, welche an die Außenwand 13 angespritzt
sind und im Wesentlichen senkrecht von der Außenwand 13 abragen.
Jedes der Rastelemente 14 steht mit einer jeweiligen Aussparungen 10,
welche in dem Bodenelement 8 an entsprechender Position
und in entsprechender Größe vorgesehen sind, in
Eingriff, wodurch eine zusätzliche Fixierung des Kühlmit telkastens 5 an
dem Bodenelement 8 geschaffen wird. Die Klebstoffmasse 12,
welche in dem umlaufenden Rand 9 gleichmäßig
verteilt ist, befindet sich darüber hinaus in einer zweiten
Nut 15, welche in dem Fußbereich der Außenwand 13 des
Kühlmittelkastens 5 in der Längsrichtung
der Außenwand 13 verläuft. Dabei ist
die Höhe h1 der zweiten Nut 15, gemessen von unteren
Ende des Fußbereichs der Außenwand 13 höher
als die Höhe h2, in welcher die Aussparungen 10 in
dem Bodenelement 8 angeordnet sind, so dass gewährleistet
wird, dass es keinen Luft einschließenden Raum zwischen
der Klebstoffmasse 12 und dem Material des Kühlmittelskastens 5 im
Bereich der zweiten Nut 15 gibt.
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Weiterhin
sind an der Außenwand 13 des Kühlmittelkastens 5 Abstandshalter 16 angespritzt, welche
sowohl den mit Klebstoff zu füllenden Raum zwischen dem
Bodenelement 8 und dem Kühlmittelkasten 5 definieren
als auch den Kühlmittelkasten 5 in einer definierten
Position halten.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Bodenelements 8 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Das Bodenelement 8 weist
eine Grundfläche 17 auf, welche im Wesentlichen
einer Grundfläche des Wärmeübertragerblocks 2 entspricht.
In dem Bodenelement 8 ist eine Vielzahl von ersten länglichen
Aussparungen 18 vorgesehen, welche in ihrer Größe
und Form im Wesentlichen der Größe und Form der
Rohrelemente 3 entsprechen bzw. geringfügig größer
sind, so dass die Rohrelemente 3 in eine jeweilige der
Aussparungen 18 während der Montage einführbar
sind. Weiterhin ist der umlaufende Rand 9 erkennbar, welcher
mit einer Vielzahl von Aussparungen 10 versehen ist, in
welche beim Zusammensetzen mit dem Kühlmittelkasten 5 die
daran angespritzten Rastelemente 14 eingreifen bzw. einrasten.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines oberen Kühlmittelkastens 5 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. In der Außenwand 13 des Kühlmittelkastens 5 sind
im Fußbereich eine Vielzahl von Rastelementen 14,
welche von der Außenwand 13 abragen, sowie eine
Vielzahl von ersten Nuten 19, welche im Wesentlichen quer
zu der zweiten Nut 15 verlaufen, vorgesehen. An jeder Seite
des Kühlmittelkastens 5 sind die Rastelemente 14 und
die ersten Nuten 19 abwechselnd angeordnet. Jeweils zwei
erste Nuten 16 grenzen dabei einen federnden Abschnitt 20 ein,
auf welchem jeweils ein Rastelement 14 angeordnet ist,
wodurch Clipse gebildet werden. Durch Vorsehen der federnden Abschnitte 20 wird
der Fußbereich des Kühlmittelkastens 5 flexibel
und dadurch wird der Einrastvorgang bzw. das Clipsverfahren erleichtert.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht eines Abschnitts einer Produktionsanlage
für einen Wärmeübertrager 1 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Die Anlage weist einen Ofen 21,
einen ersten Roboter 22 mit Dosier- und Verschließvorrichtung,
eine erste Plasma- und Infrarotbehandlungseinheit 23, eine
automatische Drehstation 24, einen zweiten Roboter 25 mit
Dosier- und Verschließvorrichtung, eine zweite Plasma-
und Infrarotbehandlungseinheit 26 und eine Dichtprüfstation 27 auf.
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Der
Fertigungsablauf ist dabei wie folgt. Der bereits in einem anderen
Abschnitt (nicht gezeigt) der Produktionsanlage fertig verlötete
Wärmeübertragerblock 2 wird vom Ofenband
des Ofens 21 abgenommen und in eine Montagevorrichtung
mit einem Fördersystem eingelegt. Mittels des ersten Roboters 22 mit
Dosier- und Verschließvorrichtung wird eine Klebstoffmasse 12 auf
dem Wärmeübertragerblock 2 bzw. auf das
Bodenelement 8 aufgebracht. Der in der ersten Plasma- und
Infrarotbehandlungseinheit 23 behandelte obere Kühlmittelkasten 5 wird
dann durch den ersten Roboter 22 aufgenommen und im Bodenelement 8 des
Wärmeübertragerblocks 2 eingerastet. In
der automatischen Drehstation 24 wird der Wärmeübertragerblock 2 automatisch
um 180° gedreht. Danach wird Klebstoff durch den zweiten
Roboter 25 mit Dosier- und Verschließvorrichtung
auf das zweite Bodenelement 8 des Wärmeübertragerblocks 2 aufgetragen
und der untere Kühlmittelkasten 6, welcher in
der zweiten Plasma- und Infrarotbehandlungseinheit 26 behandelt
wurde, wird durch den zweiten Roboter 25 aufgenommen und
in dem zweiten Bodenelement 8 des Wärmeübertragerblocks 2 eingerastet. Der
so geclipste und geklebte Wärmeübertragerbock 2 wird
auf dem Fördersysstem auf Handfestigkeit für ca.
5 bis 10 Minuten getrocknet. Durch weitere Handlingroboter (nicht
gezeigt) wird der Wärmeübertragerblock 2 vom
Fördersystem entnommen und in die Dichtprüfstation 27 eingelegt.
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Nach
der Prüfung auf Dichtigkeit des Wärmeübertragerblocks 2 entnimmt
ein Mitarbeiter diesen aus der Dichtprüfstation 27 und
unterzieht ihn einer abschließenden visuellen Prüfung.
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Insgesamt
betrachtet kann bei dem so ausgestalteten Wärmeübertrager 1 dessen
Dichtigkeit verbessert werden, wobei gleichzeitig auch die Herstellungskosten
gesenkt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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