DE4436027A1

DE4436027A1 - Sealed connection between tube plate and coolant box

Info

Publication number: DE4436027A1
Application number: DE19944436027
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr Damsohn; Michael Dipl Ing Foerster; Kurt Scharpf
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1994-10-08
Filing date: 1994-10-08
Publication date: 1996-04-11

Abstract

The sealed joints between the tube plate (3) and the light metal coolant box (2) of a heat exchanger are formed by application of a sealant (5) in liq. state to the tube plate, followed by inserting the coolant box. Then the joint is formed by folding the edges of the tube plate. The sealant consists of a cross-linkable, or hardenable material and is applied only to the peripheral, still flat edges (3a) of the tube plate in a thin film. After the sealant cross-linking, or hardening, the coolant box edge (1) is set onto the seal and compressed for the seal deformation. Then the flat edges of the tube plate are folded round those of the coolant box.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer dichten Verbindung zwischen dem Rohrboden und dem insbesonde re aus Leichtmetall bestehenden Kühlmittelkasten eines Wärme tauschers, bei dem ein Dichtmittel in flüssigem Zustand auf den Rohrboden aufgebracht und dann der Kühlmittelkasten auf gesetzt und durch Umbördeln des Randes des Rohrbodens mit diesem verbunden wird.The invention relates to a method for producing a tight connection between the tube sheet and the in particular re made of light metal coolant box of a heat exchanger, in which a sealant is in a liquid state applied the tube sheet and then the coolant box set and by flanging the edge of the tube sheet with this is connected.

Es ist bekannt, zur Abdichtung zwischen dem Rohrboden und dem unteren Rand des Kühlmittelkastens elastische Dichtungen vor zusehen, die vor dem Aufsetzen des Kühlmittelkastens auf den Rohrboden aufgelegt und dann durch Aufdrücken des Kühlmittel kastens zum Zwecke der Abdichtung verformt werden. Diese Art der Herstellung führt mitunter, insbesondere wenn es sich um umlaufende, ringförmige Dichtungen handelt, zu einem unbeab sichtigten Verquetschen oder zum Verrutschen der Dichtung, was wiederum zu Undichtigkeit der Verbindung führt.It is known to seal between the tube sheet and the elastic seals at the bottom of the coolant box watch the before placing the coolant box on the Put on the tube sheet and then by pressing the coolant be deformed for the purpose of sealing. This kind manufacturing sometimes leads, especially when it comes to circumferential, ring-shaped seals visible squeezing or slipping of the seal, which in turn leads to leakage in the connection.

Bekannt ist auch ein Verfahren der eingangs genannten Art (DE-OS 25 02 291), bei dem man den Wärmetauscher so ausbil det, daß der Rohrboden einen nach oben offenen Tropf bildet, in den bei annähernd horizontaler Ausrichtung desselben eine flüssige Dichtmasse bis zu einer bestimmten Höhe eingefüllt wird. In diese so geschaffene flüssige Masse wird dann der Rand des Kühlmittelkastens eingesenkt, die mechanische Ver bindung zwischen Kühlmittelkasten und Rohrboden durch Bördeln hergestellt und anschließend abgewartet, bis die Dichtung er härtet ist. Ein solches Herstellungsverfahren ist verhältnis mäßig aufwendig und kompliziert.A method of the type mentioned at the outset is also known (DE-OS 25 02 291), in which the heat exchanger is so trained det that the tube sheet forms a drip open at the top, in the one with approximately horizontal alignment of the same liquid sealant filled up to a certain height becomes. Then into this liquid mass created Edge of the coolant box sunk, the mechanical ver Binding between coolant box and tube sheet by flaring manufactured and then waited for the seal hardens. Such a manufacturing process is proportionate moderately complex and complicated.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu vereinfachen.In contrast, the invention is based on the object to simplify such procedure.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren der eingangs ge nannten Art darin, daß das Dichtmittel aus einem vernetzenden oder aushärtenden Material besteht und nur im Bereich eines den Rohrboden umgebenden zunächst noch flachen Randes in dün ner Schicht aufgebracht wird, daß nach dem Vernetzen oder Aushärten des Dichtungsmittels der Kühlmittelkasten mit sei nem Rand auf die Dichtung aufgesetzt und so gegen diese ge drückt wird, daß diese um ein vorbestimmtes Maß verformt wird und daß erst dann der flache Rand des Rohrbodens um den Rand des Kühlmittelkastens herumgebördelt wird.The invention consists in a method of ge mentioned type in that the sealant from a cross-linking or hardening material and only in the area of one the tube sheet surrounding the initially flat edge in thin ner layer is applied that after crosslinking or Harden the sealant with the coolant box nem placed on the seal and ge against it is pressed that this is deformed by a predetermined amount and that only then the flat edge of the tube sheet around the edge of the coolant box is crimped around.

Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, daß das Dichtmittel wegen des Auftragens in einer relativ dünnen Schicht ver hältnismäßig schnell vernetzt oder aushärtet, so daß der Zeitaufwand für die Herstellung nicht allzu groß ist. Dazu kommt, daß eine horizontale Ausrichtung nicht, zumindest nicht über längere Zeit, erforderlich ist, ohne daß Nachteile hinsichtlich der Dichtwirkung zu befürchten sind. Ein Ver drücken oder Verrutschen einer vorgefertigten Dichtung ist ebenfalls ausgeschlossen.This method has the advantage that the sealant ver because of the application in a relatively thin layer networked or cured relatively quickly, so that the Production time is not too great. To comes that horizontal alignment doesn't, at least not for long periods of time, without disadvantages with regard to the sealing effect are to be feared. A ver pressing or slipping of a prefabricated seal also excluded.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Dichtmittel auf eine ebene Fläche des Randes des Rohrbodens aufgedruckt werden. Die Gefahr, daß eine Flüssigkeitsschicht nicht horizontaler Ausrichtung verläuft, wird dadurch weitgehend vermindert. Das Dichtmittel kann aber auch auf eine Fläche des Randes des Kühlmittelkastens aufgebracht und vorzugsweise in eine Nut am Rand des Kühlmittelkastens eingebracht werden, wobei auch dieser Vorgang verhältnismäßig einfach verwirklicht werden kann.In a further development of the invention, the sealant can be applied to a flat surface of the edge of the tube sheet are printed. The danger of a layer of liquid not being more horizontal Alignment is largely reduced. The Sealant can also on a surface of the edge of the Coolant box applied and preferably in a groove on Edge of the coolant box are introduced, also this process can be carried out relatively easily can.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann schließlich vorgesehen werden, daß das Umbördeln mit Hilfe eines Rollensatzes erfolgt, der parallel zu den Längs- und Querkanten des Randes des Kühlmittelkastens geführt wird. Diese Möglichkeit ergibt sich in einfacher Weise dadurch, daß die Dichtung sich zu diesem Zeitpunkt bereits verfestigt hat und unverrutschbar an mindestens einer der beiden zusammenzu fügenden Teile sitzt.In a development of the method according to the invention finally be provided that the flanging with the help a set of rollers that is parallel to the longitudinal and Cross edges of the edge of the coolant box is guided. This possibility arises in a simple manner in that the seal has already solidified at this point and slip together on at least one of the two mating parts sits.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:The invention is based on exemplary embodiments in the Drawing shown and is explained below. It demonstrate:

Fig. 1 die schematische Teildarstellung des unteren Randes eines Kühlmittelkastens und des Außenbereiches ei nes Rohrbodens in einem ersten Schritt des erfin dungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a schematic partial representation of the lower edge of a coolant reservoir and the outer region ei nes tube sheet in a first step of the method according OF INVENTION dung,

Fig. 2 Kühlmittelkasten und Rohrboden der Fig. 1 zum Zeit punkt des Umbördelns des Randes, Fig. 2 coolant tank and tube sheet of FIG. 1 to the time point of the flanging of the edge,

Fig. 3 eine erste Variante des Kühlmittelkastens und des Rohrbodens nach der Erfindung zum Verfahrensschritt des Umbördelns durch einen Rollensatz, Fig. 3 shows a first variant of the coolant reservoir and the tube plate according to the invention to the step of flanging by a roller set,

Fig. 4 die Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 3, Fig. 4 is a plan view of the arrangement of Fig. 3,

Fig. 5 eine Variante des Rollensatzes zum Umbördeln des Rohrbodenrandes und Fig. 5 shows a variant of the roller set for flanging the edge of the tube sheet and

Fig. 6 eine Variante in der Ausbildung des Rohrbodens und des Randes des Kühlmittelkastens. Fig. 6 shows a variant in the design of the tube sheet and the edge of the coolant box.

In der Fig. 1 ist der untere Teil des Randes (1) eines Kühl mittelkastens (2 gezeigt, der beispielsweise ein Wasserkasten sein kann und auf einen Rohrboden (3) aufgesetzt ist, in dem in bekannter Weise mehrere Rohre (4) abgedichtet gehalten sind, deren oberes Ende mit dem Innenraum des Kühlmittelka stens (2) in Verbindung steht. Der Rohrboden (3) ist mit ei nem nach außen abragenden flachen Rand (3a) versehen, der mit einer Dichtmittelschicht (5) versehen ist, die beispielsweise aufgedruckt wurde und eine fest am Rand (3a) anhaftende, schon vernetzte oder ausgehärtete Dichtung bildet. Auf diese elastische Dichtung, die beispielsweise aus dem auch als Ela stomer für Motorabdichtungen bekannten Silikonprodukt D94-30P oder D94-45P der Firma Dow Corning USA bestehen kann, ist die untere Fläche des Randes (1) des Kühlmittelkastens (2) aufge setzt, die mit dem Rohrboden (3) dicht verbunden werden soll.In Fig. 1 the lower part of the edge ( 1 ) of a coolant box ( 2 is shown, which can be a water box, for example, and is placed on a tube sheet ( 3 ) in which several tubes ( 4 ) are kept sealed in a known manner , the upper end of which is connected to the interior of the coolant box ( 2 ) The tube sheet ( 3 ) is provided with an outwardly projecting flat edge ( 3 a) which is provided with a layer of sealant ( 5 ) which is printed, for example was and is fixed on the edge (3 a) adhering, already crosslinked or cured seal. in this elastic seal, consisting for example, from as Ela Stomer known for engine seals silicone product D94-30P or D94-45P Dow Corning USA can , The lower surface of the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ) is set, which is to be tightly connected to the tube sheet ( 3 ).

Die Fig. 2 zeigt, daß zu diesem Zweck in einem weiteren Ver fahrensschritt der Kühlmittelkasten (2) über einen entspre chenden Niederhalter (6) im Sinn des Pfeiles (7) mit einer bestimmten Kraft nach unten gedrückt wird, und zwar so, daß die Dichtmittelschicht (5) im Bereich unterhalb des Randes (1) einer vorbestimmten elastischen Verformung unterworfen ist. Der bis dahin noch flache und gestrichelt angedeutete Rand (3a) wird dann in die Form (3a′) hoch- und umgebördelt. Die Dichtmittelschicht (5) bildet daher auch am Außenrand des Randes (1) und an dessen Oberseite eine Abdichtung. Das Um bördeln des Randes (3a) kann dabei in konventioneller Weise durch entsprechende Werkzeuge geschehen. Fig. 2 shows that for this purpose in a further process step Ver the coolant box ( 2 ) via a corre sponding hold-down device ( 6 ) in the sense of arrow ( 7 ) is pressed down with a certain force, so that the Sealant layer ( 5 ) in the area below the edge ( 1 ) is subjected to a predetermined elastic deformation. The previously flat and dashed edge ( 3 a) is then flanged up and flanged into the shape ( 3 a '). The sealant layer ( 5 ) therefore also forms a seal on the outer edge of the edge ( 1 ) and on the upper side thereof. In order to bead the edge ( 3 a) can be done in a conventional manner by appropriate tools.

Nach den Fig. 3 und 4 ist es aber sehr vorteilhaft, zum Um bördelvorgang einen Rollensatz zu verwenden, der relativ zu den Längs- und Querkanten des Kühlmittelkastens geführt wird und dabei das Umbördeln des Randes (3a) vornimmt. According to FIGS. 3 and 4, it is very advantageous to use a roller set for the flanging process, which is guided relative to the longitudinal and transverse edges of the coolant box and thereby flanges the edge ( 3 a).

In den Fig. 3 und 4 ist jedoch gegenüber den Fig. 1 und 2 eine Variante von Kühlmittelkasten und Rohrboden (3) insofern gezeigt, als hier das elastische Dichtmittel nicht in Form einer flachen Schicht (5) auf den nach außen abstehenden Rand des Rohrbodens aufgebracht, sondern in eine Nut (8) an der Unterseite des Randes (1) des Kühlmittelkastens (2) einge bracht worden ist. Der Rand (3a) besitzt im Bereich dieser Nut (8) eine nach oben gerichtete Rippe (9), die beim Auf setzen und Andrücken des Kühlmittelkastens (2) (die in ähnli cher Weise wie in Fig. 2 stattfindet) zu einer elastischen Verformung des Dichtmittels (5) innerhalb der Nut (8) führt. Dabei liegt der Rohrboden (3) mit seinem Rand (3a) auf einer Rolle (10) auf, die um die Achse (11) im Sinn des Pfeiles (12) rotiert. Den Andrückvorgang übernimmt eine weitere Rolle (13), deren Pheripherie entsprechend profiliert ist. Diese Rolle (13) dreht sich ebenfalls um ihre Achse (14) und sie wird, da sie zunächst den Rand (3a) nur nach oben bördelt, diesen aber noch auf die Schräge (15) des Randes (1) umbör deln soll, auch im Sinn des Pfeiles (16) nach unten bewegt, so daß der Umbördelvorgang stattfinden kann. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß dann, wenn auch auf der Gegenseite eine zur Rolle (13) symmetrisch angeordnete Rolle vorgesehen ist, sich die Andrückkräfte gegenseitig aufheben.In FIGS. 3 and 4 but shown with respect to Figs. 1 and 2 shows a variant of the coolant tank and the tube plate (3) in so far as here, the elastic sealing means is not in the form of a flat sheet (5) on the outwardly extending edge of the tube plate applied, but has been introduced into a groove ( 8 ) on the underside of the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ). The edge ( 3 a) has in the area of this groove ( 8 ) an upward rib ( 9 ), which when setting up and pressing the coolant box ( 2 ) (which takes place in a similar manner as in Fig. 2) to an elastic Deformation of the sealant ( 5 ) inside the groove ( 8 ) leads. The tube sheet ( 3 ) lies with its edge ( 3 a) on a roller ( 10 ) which rotates about the axis ( 11 ) in the direction of the arrow ( 12 ). The pressing process is carried out by another roller ( 13 ), the periphery of which is profiled accordingly. This roller ( 13 ) also rotates about its axis ( 14 ) and, since it initially flanges the edge ( 3 a) only upwards, it is still to be flanged onto the bevel ( 15 ) of the edge ( 1 ), also moved down in the direction of arrow ( 16 ) so that the flanging process can take place. This arrangement has the advantage that, even if a roller symmetrically arranged to the roller ( 13 ) is provided on the opposite side, the pressing forces cancel each other out.

Wie Fig. 4 zeigt wird durch die dargestellte Einrichtung der Kühlmittelkasten (2) mit dem Rohrboden (3) während des Umbör delvorganges im Sinn des Pfeiles (17) bewegt. Natürlich wäre es auch möglich, Kühlmittelkasten (2) und Rohrboden (3) fest stehen zu lassen und statt dessen die Rolle (13) in der Längs richtung und/oder in der Querrichtung des Kühlmittelkastens (2) zu verfahren.As shown in Fig. 4 shows the coolant box ( 2 ) with the tube sheet ( 3 ) during the Umbör delgangses in the direction of arrow ( 17 ) is moved by the device shown. Of course, it would also be possible to leave the coolant box ( 2 ) and tube sheet ( 3 ) stationary and instead move the roller ( 13 ) in the longitudinal direction and / or in the transverse direction of the coolant box ( 2 ).

Gestrichelt ist in Fig. 3 eine Rolle (18) eingezeichnet, die um die Achse (19) rotiert, die aber im übrigen auf der dem Rand (3a) zugewandten Seite in der gleichen Weise profiliert ist wie die Rolle (13). Auch mit dieser Anordnung eines Rol lensatzes, bestehend aus den Rollen (18 und 10) kann der ge wünschte Umbördelvorgang vorgenommen werden.3 is a roller (18) is shown in phantom in Fig. Located which rotates around the axis (19) but in the rest on the said edge (3 a) facing side in the same manner is profiled like the roller (13). Even with this arrangement of a roller set consisting of the rollers ( 18 and 10 ), the desired flanging operation can be carried out.

Die Fig. 5 schließlich zeigt eine weitere Vorrichtung, mit der das neue Verfahren durchgeführt werden kann. Bei dieser Vorrichtung ist ein zweiteiliger Rollensatz (20, 21) vorgese hen, der um die Achse (22) rotiert und der sowohl im Sinn des Pfeiles (23) auf den Rand des Kühlmittelkastens (2) zubewegt als auch im Sinne der Pfeile (24) aufeinanderzubewegt werden kann. Die untere Rolle (20) dient dabei als Auflage für den Rand (3a) des Rohrbodens (3) während des Andrückens des Kühl mittelkastens. Die obere Rolle (21) ist zu diesem Zeitpunkt noch axial entfernt von der Rolle (20). Für das anschließende Umbördeln wird dann der Rollensatz im Sinn des Pfeiles (23) auf den Rand (3a) zubewegt, so daß dieser in der gewünschten Form umgebördelt wird.Finally, FIG. 5 shows a further device with which the new method can be carried out. In this device, a two-part roller set ( 20 , 21 ) is provided, which rotates about the axis ( 22 ) and which moves both in the direction of the arrow ( 23 ) towards the edge of the coolant box ( 2 ) and in the direction of the arrows ( 24 ) can be moved towards each other. The lower roller ( 20 ) serves as a support for the edge ( 3 a) of the tube sheet ( 3 ) while pressing the coolant box. At this point, the upper roller ( 21 ) is still axially distant from the roller ( 20 ). The roller set in the direction of the arrow (23) on the edge (3 a) is then moved so that it is beaded in the desired shape for subsequent crimping.

Die Fig. 6 schließlich zeigt nur noch eine andere Möglichkeit der Ausbildung des Randes (3a), der hier mit der unteren Flä che des Randes (1) des Kühlmittelkastens (2) einen dreieck förmigen Hohlraum bildet, in den das Dichtmittel (5) eingege ben wird, ehe dann, nach dessen Vernetzung, der Umbördelvor gang in einer der vorher geschilderten Weise vorgenommen wird.Finally, Fig. 6 shows only another way of forming the edge ( 3 a), which here forms a triangular cavity with the lower surface of the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ) into which the sealant ( 5 ) is entered before, after it has been networked, the flanging operation is carried out in one of the ways described above.

Claims

1. A method for producing a tight connection between the tube sheet's ( 3 ) and the coolant box ( 2 ), in particular made of light metal, of a heat exchanger in which a sealant ( 5 ) is applied in the liquid state to the tube sheet ( 3 ) and then the Kühlmit telkasten placed and connected by flanging the edge of the tube sheet, characterized in that the sealant ( 5 ) consists of a crosslinking or curing material and only in the area of egg nes surrounding the tube sheet ( 3 ), initially flat edge ( 3 a) is applied in a thin layer that after crosslinking or hardening of the sealant ( 5 ) the coolant box ( 2 ) with its edge ( 1 ) is placed on the seal and pressed against it so that it is deformed by a predetermined amount , and that only then the flat edge ( 3 a) of the tube sheet ( 3 ) around the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ) is flanged.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sealant ( 5 ) is printed on a flat surface of the edge ( 3 a) of the tube sheet ( 3 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the sealant ( 5 ) is applied to a surface of the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ).

4. The method according to claim 3, characterized in that the sealing means ( 5 ) in a groove ( 8 ) at the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ) is introduced.

5. The method according to claim 1, characterized in that the flanging with the aid of a roller set ( 11 , 13 ) or ( 20 , 21 ) or ( 18 ), which is parallel to the longitudinal and transverse edges of the edge ( 1 ) of the coolant box ( 2 ) is performed.