DE4241214C1 - Verfahren zur Herstellung von Latentwärmespeicherzellen eines Kraftfahrzeug-Wärmespeichers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in bezug auf die Außenform rechteckig-plattenförmigen Latentwärmespeicherzellen eines Kraftfahrzeug-Wärmespei­ chers aus dünnwandigem Blech. Die Blechdicke beträgt nur einige Zehntelmillimeter oder weniger. - Solche Kraftfahr­ zeug-Wärmespeicher sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (FR 78 30 768). Sie sind z. B. zwischen Motor und Heizkörper im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Sie haben erhebliche Temperaturwechselbeanspruchungen sowie die daraus resultierenden positiven und negativen Wärme­ dehnungen, insbes. aber bei fahrenden Kraftfahrzeugen auch sehr erhebliche dynamische Beanspruchungen aufzunehmen. Hinzukommen Korrosionsbeanspruchungen, wenn das Latent­ wärmespeichermedium diese auslöst. - Das alles gilt insbes. für die Latentwärmespeicherzellen. Diese erfahren zusätzliche Beanspruchungen, weil die Phasenumwandlungen, die das Latentwärmespeichermedium beim Aufladen und Ent­ laden erfährt, häufig von nicht unbeachtlichen Volumen­ änderungen begleitet sind. Im Ergebnis präsentieren sich ein solcher Kraftfahrzeug-Wärmespeicher und seine Latent­ wärmespeicherzellen als Aggregate, die in einem sehr komplexen Beanspruchungsspektrum arbeiten müssen, anderer­ seits aber ausgesprochene Massenprodukte sind, und als solche gefertigt werden müssen, wenn eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen mit solchen Kraftfahrzeug-Wärmespeichern auszurüsten ist.

Bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht (DE 40 36 392 A1), wird offenbar mit einer nahtlosen, stirnseitig offenen Blechhülse gearbeitet, aus der eine stirnseitig offene Latentwärmespeicherzelle geformt wird. In diese werden stirnseitig abstandshaltende Röhrchen eingelötet. Die Herstellung von nahtlosen Blechhülsen ist um so schwieriger, je dünner das Blech ist. Die bekannten Maßnahmen sind daher aufwendig. Das gilt auch dann, wenn nicht von einer nahtlosen Blechhülse ausgegangen wird, sondern aus einem rechteckigen Blechzuschnitt eine U-för­ mige Tasche geformt wird, in die ein umlaufender Rahmen aus einem abstandshaltenden Röhrchen eingelötet wird. Wird die Lötstelle erwärmt, so entstehen in beiden Fällen Probleme, weil die Röhrchen einer Preßschweißung oder Preßlötung mit hohem Preßdruck nicht leicht standhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von in bezug auf die Außenform rechteckig-plattenförmigen Latentwärmespeicherzellen aus dünnwandigem Blech anzugeben, welches sich problemlos in eine automatische Massenfertigung integrieren läßt und zu Latentwärmespeicherzellen führt, die dem komplexen Beanspruchungsspektrum mit langer Standzeit sicher ge­ wachsen sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein solches Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten:

• a) es wird für jede Latentwärmespeicherzelle von einem rechteckigen Blechzuschnitt ausgegangen,
• b) der Blechzuschnitt wird um seine Längsmitte mit Hilfe des als aufundnieder bewegbares Biegeschwert ausgeführten Ambosses einer mit Amboß und Sonotrode ausgerüsteten Ultraschall-Schweißmaschine zu einer an den Stirnseiten offenen U-förmigen Tasche ge­ bogen, deren Taschenwände die Oberseite des Ambosses der Ultraschall-Schweißmaschine an jeder Seite mit Randstreifen überragen,
• c) die Randstreifen werden mit Hilfswerkzeugen, die quer zur Aufundnieder-Bewegung des Ambosses hinundher bewegbar sind, zu einer auf der Oberseite des Ambosses aufliegenden Überlappungsnaht gebogen,
• d) die Überlappungsnaht wird mit Hilfe der unter Zwischenschaltung der Überlappungsnaht auf den Amboß abgesenkten Sonotrode der Ultraschall-Schweiß­ maschine zu einer dichten Schweißnaht verschweißt, wobei die stirnseitig offene Latentwärmespeicherzelle von dem Amboß abgezogen und danach an den Stirnseiten ver­ schlossen sowie dabei oder danach mit dem Latentwärme­ speichermedium gefüllt wird. Die Werkstoffe, mit denen im Rahmen der Erfindung gearbeitet wird, richten sich haupt­ sächlich nach dem Latentwärmespeichermedium. Für viele Latentwärmespeichermedien kann von einem Blechzuschnitt aus technisch reinem, praktisch sauerstofffreiem Kupfer ausgegangen werden. Man kann aber auch von einem Blechzu­ schnitt aus Stahl mit Nickelplattierung ausgehen. Beide Maßnahmen empfehlen sich insbes. dann, wenn das Latent­ wärmespeichermedium aus Bariumhydroxid und Wasser aufge­ baut ist (Bariumhydroxid-Oktahydrat).

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß im Rahmen des beschriebenen Beanspruchungsspektrums Ultraschall- Schweißnähte sich durch hohe Standzeit auszeichnen. Das gilt insbes., wenn mit Blechzuschnitten aus technisch reinem, praktisch sauerstofffreiem Kupfer gearbeitet wird. Die Erfindung geht ferner von der Erkenntnis aus, daß der Amboß einer Ultraschall-Schweißmaschine eine Doppelfunk­ tion erfüllen kann, nämlich zunächst in einem Verfahrens­ schritt als Biegewerkzeug funktionieren kann, danach in einem zweiten Verfahrensschritt als Schweißamboß einer Ultraschall-Schweißmaschine, die eine entsprechend zuge­ ordnete Sonotrode aufweist. Die Blechzuschnitte werden gleichsam mit einem Werkzeug zunächst gebogen und dann verschweißt. Die Integration in eine automatische Massen­ fertigung ist ohne Schwierigkeiten möglich. Dabei kann mit einem Amboß gearbeitet werden, der eine Dicke von ein bis einigen Millimetern, vorzugsweise von etwa 5 mm, aufweist, d. h. sehr dünn ist. Auf diese Weise können Latentwärme­ speicherzellen sehr geringer Dicke hergestellt werden, was für die Thermodynamik der Zusammenhänge von Vorteil ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird man die Ultraschall-Schweißnaht schweißgutbeilagefrei aus­ führen.

Im Rahmen der Erfindung kann der Verschluß der stirnseitig offenen Latentwärmespeicherzellen auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Zu einem allen Ansprüchen und Bean­ spruchungen genügenden Verschluß kommt man dadurch, daß in die Stirnseiten der stirnseitig offenen Latentwärme­ speicherzelle im Querschnitt U-förmige metallische Zellen­ böden unter Beifügung von Lot, nach außen offen, einge­ setzt werden, in die eine Preßleiste eingeführt wird, und wobei unter Verwendung einer von außen gegen den Rand der Latentwärmespeicherzelle gesetzten Gegenpreßleiste die Zellenböden mittels Preßlötung eingelötet werden. Wird mit einem Blechzuschnitt aus technisch reinem Kupfer, prak­ tisch sauerstofffrei, gearbeitet, was sich, wie bereits erläutert empfiehlt, so wird zweckmäßig ein Hartlot ver­ wendet. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung bestehen die Zellenböden aus dem gleichen Werkstoff wie der Blechzuschnitt der Latentwärmespeicherzellen. Zu Löt­ verbindungen, die allen Anforderungen genügen und in kurzen Taktzeiten sehr sicher hergestellt werden können, gelangt man dadurch, daß die Preßlötung mit induktiver Erwärmung der für die Preßlötung vorgesehenen Bereiche der Zellenböden und der Latentwärmespeicherzelle durchgeführt wird. Die Temperatur wird dabei so eingerichtet, wie es der Werkstoff verlangt. Um das dünne Blech, aus dem die Latentwärmespeicherzelle gebildet ist, beim Löten zu schonen, so daß störende Rekristallisationen und andere metallurgische Veränderungen auf den eigentlichen Löt­ bereich beschränkt werden und sich in das Blech hinein nicht fortpflanzen, lehrt die Erfindung daß zumindest die Latentwärmespeicherzelle im unmittelbaren Anschluß an die für die Preßlötung vorgesehenen Bereiche, z. B. durch Beblasen mit Schutzgas, gekühlt wird. Um in die fertige Latentwärmespeicherzelle auf einfache Weise das Latent­ wärmespeichermedium einzuführen, lehrt die Erfindung, daß zumindest einer der Zellenböden mit einem in den Innenraum der Latentwärmespeicherzelle mündenden Rohrstutzen ver­ sehen wird, über den die Einfüllung des Latentwärme­ speichermediums durchgeführt wird. Wird mit nur einem Röhrchen gearbeitet, so dient dieses gleichzeitig zur Einfüllung des Latentwärmespeichermediums und zur Ent­ lüftung des Innenraumes der Latentwärmespeicherzelle beim Einfüllen des Wärmespeichermediums. Dazu kann eine Hohl­ nadel in das Röhrchen eingeführt werden, zweckmäßigerweise so, daß beim Einfüllen des Wärmespeichermediums eine Schaumbildung nicht entsteht. Insoweit kann die Hohlnadel nach Maßgabe des steigenden Spiegels der Füllung auch mitgeführt werden. Sind zwei Rohrstutzen vorhanden, so kann einer der Befüllung und der andere der Entlüftung dienen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die Fig. 1 bis 9 verdeutlichen die einzelnen Verfahrens­ schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das im Schema dargestellte Verfahren dient zur Herstellung von in bezug auf die Außenform rechteckig-plattenförmigen Latentwärmespeicherzellen eines Kraftfahrzeug-Wärmespei­ chers. Der Kraftfahrzeug-Wärmespeicher wurde nicht ge­ zeichnet. Die Latentwärmespeicherzellen bestehen aus dünn­ wandigem Blech.

Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß für jede Latentwärme­ speicherzelle von einem rechteckigen Blechzuschnitt 1 ausgegangen wird. Seine Seitenansicht ist dargestellt. Der Blechzuschnitt 1 wird um seine Längsmitte mit Hilfe des als aufundnieder bewegbares Biegeschwert ausgeführten Ambosses 2 einer mit Amboß 2 und Sonotrode 3 ausgerüsteten Ultraschall-Schweißmaschine zu einer an den Stirnseiten offenen U-förmigen Tasche 4 gebogen. Dazu wird auf eine vergleichende Betrachtung der Fig. 1 und 2 verwiesen. Man erkennt, daß nach diesem Biegevorgang die Taschenwände die Oberseite des Ambosses 2 der Ultraschall-Schweißmaschine an jeder Seite mit Randstreifen 5 überragen. In der Fig. 2 sind Hilfswerkzeuge 6 für den nächsten Verfahrensschritt in Form von Pfeilen angedeutet. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß die Randstreifen 5 mit den Hilfswerkzeugen 6, die quer zur Aufundniederbewegung des Ambosses 2 hinundher bewegbar sind, zu einer auf der Oberseite des Ambosses 2 aufliegen­ den Überlappungsnaht 7 gebogen sind. Diese Hilfswerkzeuge 6 können bei der Herstellung der U-förmigen Tasche 4 die Widerlager 8 ersetzen. Nunmehr kommt der Verfahrens­ schritt, der in der Fig. 4 angedeutet wurde. Die Über­ lappungsnaht 7 wird mit Hilfe der unter Zwischenschaltung der Überlappungsnaht auf den Amboß 2 abgesenkten Sonotrode 3 der Ultraschall-Schweißmaschine zu einer ausreichend dichten Ultraschall-Schweißnaht 9 verschweißt. Nunmehr kann die stirnseitig offene Hülse 10 von dem Amboß 2 abgezogen werden (oder umgekehrt). Danach kann die Hülse 10 an den Stirnseiten zur Latentwärmespeicherzelle 11 verschlossen und dabei oder danach mit dem Latentwärme­ speichermedium gefüllt werden.

In der Fig. 5 erkennt man die Ultraschall-Schweißnaht 9. In der Fig. 6 erkennt man einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand der Fig. 5, ausschnittsweise. Ver­ gleicht man die Fig. 6 und 7, so erkennt man, daß in die Stirnseiten der stirnseitig offenen Hülse 10 im Quer­ schnitt U-förmige metallische Zellböden 12 unter Beifügung von Lot 13, nach außen offen, eingesetzt worden sind. Die Fig. 8 zeigt, daß in die so geformten Zellenböden 12 eine Preßleiste 14 eingeführt wurde. Unter Verwendung einer von außen gegen den Rand der Latentwärmespeicherzelle 11 gesetzten Gegenpreßleiste 15, die im Ausführungsbeispiel nur durch Pfeile angedeutet ist, werden die Zellenböden 12 mittels Preßlötung eingelötet. Regelmäßig werden die Zellenböden 12 und der Blechzuschnitt 1 aus dem gleichen Werkstoff hergestellt. Nicht dargestellt wurde, daß die Preßlötung mit einer induktiven Erwärmung der für die Preßlötung vorgesehenen Bereiche der Zellenböden 12 und der Hülse 10 durchgeführt werden kann. Auch die schon beschriebene Kühlung bei der Preßlötung wurde zeichnerisch nicht dargestellt. Die Fig. 9 stellt ausschnittsweise und teilweise aufgebrochen eine Seitenansicht der fertigen Latentwärmespeicherzelle 11 dar. Sie macht deutlich, daß einer der Zellenböden 12 mit einem in den Innenraum der Latentwärmespeicherzelle 11 mündenden Rohrstutzen 16 ver­ sehen wurde, über den die Einfüllung des Latentwärme­ speichermediums durchgeführt wird. Auf eine der schon beschriebenen Art und Weisen erfolgt dabei die Entlüftung des Innenraumes der Latentwärmespeicherzelle 11.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von in bezug auf die Außen­ form rechteckig-plattenförmigen Latentwärmespeicherzellen eines Kraftfahrzeug-Wärmespeichers aus dünnwandigem Blech mit den folgenden Verfahrensschritten:

• a) es wird für jede Latentwärmespeicherzelle von einem rechteckigen Blechzuschnitt ausgegangen,
• b) der Blechzuschnitt wird um seine Längsmitte mit Hilfe des als aufundnieder bewegbares Biegeschwert ausgeführten Ambosses einer mit Amboß und Sonotrode ausgerüsteten Ultraschall-Schweißmaschine zu einer an den Stirnseiten offenen U-förmigen Tasche ge­ bogen, deren Taschenwände die Oberseite des Ambosses der Ultraschall-Schweißmaschine an jeder Seite mit Randstreifen überragen,
• c) die Randstreifen werden mit Hilfswerkzeugen, die quer zur Aufundnieder-Bewegung des Ambosses hinundher bewegbar sind, zu einer auf der Oberseite des Ambosses aufliegenden Überlappungsnaht gebogen,
• d) die Überlappungsnaht wird mit Hilfe der unter Zwischenschaltung der Überlappungsnaht auf den Amboß abgesenkten Sonotrode der Ultraschall-Schweiß­ maschine zu einer dichten Schweißnaht verschweißt, wobei die stirnseitig offene Latentwärmespeicherzelle von dem Amboß abgezogen und danach an den Stirnseiten ver­ schlossen sowie dabei oder danach mit dem Latentwärmespei­ chermedium gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Blechzu­ schnitt aus technisch reinem, sauerstofffreiem Kupfer ausgegangen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Blechzu­ schnitt aus Stahl mit Nickelplattierung ausgegangen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Amboß, der eine Dicke von ein bis einigen Millimetern, vorzugsweise von etwa 5 mm aufweist, gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht schweißgutbeilagefrei ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stirnseiten der stirnseitig offenen Latentwärmespei­ cherzelle im Querschnitt U-förmige metallische Zellenböden unter Beifügung von Lot, nach außen offen, eingesetzt werden, in die eine Preßleiste eingeführt wird, und wobei unter Verwendung einer von außen gegen den Rand der Latentwärmespeicherzelle gesetzten Gegenpreßleiste die Zellenböden mittels Preßlötung eingelötet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenböden aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie der Blechzuschnitt der Latentwärmespeicherzelle.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßlötung mit induktiver Erwärmung der für die Preßlötung vorgesehenen Bereiche der Zellenböden und der Latentwärme­ speicherzelle durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Latent­ wärmespeicherzelle in unmittelbarem Anschluß an die für die Preßlötung vorgesehenen Bereiche, z. B. durch Beblasen mit Schutzgas, gekühlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest einer der Zellenböden mit einem in den Innenraum der Latentwärmespeicherzelle mündenden Rohrstutzen ver­ sehen wird, über den die Einfüllung des Latentwärmespei­ chermediums durchgeführt wird.