DE60200574T2 - Methode zum Befestigen von Komponenten an ein fluidleitenden Rohr, welches Teil eines Wärmetauschers ist, insbesondere ein Kondensator für Klimaanlage - Google Patents

Methode zum Befestigen von Komponenten an ein fluidleitenden Rohr, welches Teil eines Wärmetauschers ist, insbesondere ein Kondensator für Klimaanlage Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten an einem Rohr für die Zirkulation eines Fluids, wobei das Rohr einen Teil eines Wärmetauschers bildet, insbesondere eines Kondensors einer Klimaanlage.
  • Es ist bekannt, dass Klimavorrichtungen oder -Anlagen mindestens ein Rohr für die Zirkulation eines Kühl- oder Heizfluids aufweisen, mit dem verschiedene funktionale Komponenten verbunden sind. Beispielsweise sind in dem Falle eines Kondensors, welcher einen Teil einer Klimaanlage für Motorfahrzeuge bildet, mit ein und demselben rohrförmigen Verteiler ein oder mehrere Halteklammern, Fluideinlass- oder Fluidauslass-Übergangsstücke oder Verbinder, eine Halterung für einen Filter und ähnliche Komponenten fest verbunden.
  • Um einen Kondensor zu erhalten, werden die verschiedenen vorgesehenen Komponenten vorbereitend mit dem rohrförmigen Verteiler verbunden und sind dann nachfolgend endgültig fest daran befestigt. Typischerweise wird der Schritt des vorbereitenden Verbindens der verschiedenen Komponenten an dem Verteiler, bekannt als „Heften" (tacking), durch Bogen-Punktschweißen mit Schweißmaterial ausgeführt (nämlich Punktschweißen unter Verwendung eines TIG oder MIG Verfahrens). Das halb fertig gestellte Produkt, das so zusammengeheftete ist, wird einem Löt-Verfahren in einem speziellen Ofen unterzogen, mit Prozesstemperaturen in dem Bereich von 600 °C, um eine endgültige Befestigung zwischen den verschiedenen Teilen zu erhalten, was die erforderliche mechanische Festigkeit an der Einheit ergibt.
  • US-A-4951371 offenbart ein Endanschlussstück für einen Schlangen-Wärmetauscher, das einen Einlass- oder Auslassanschluss mit einem Paar flacher Rohre umfassend den Wärmetauscherkern verbindet. Das Endanschlussstück umfasst drei laminierte Platten und einen Nippel, der mit einer Öffnung in der äußersten der Platten verbunden ist. Die innere Platte ist eine Kopfplatte mit den Schlitzen zum Aufnehmen der flachen Rohre. Eine Abstandshalterplatte verbindet die äußeren und inneren Platten und weist eine Öffnung auf, die so geformt ist, um den Anschluss mit den Schlitzen zu verbinden, um einen Fluidflusspfad zu definieren. Die Platten sind aus einem Aluminiumblechmaterial gestanzt, das mit einer Löt-Legierung kaschiert bzw. plattiert ist. Die Platten werden zusammengesetzt und gesichert durch eine Stahlniete, und der Nippel wird angebracht. Die Teile sind durch Löten verbunden. Das Endanschlussstück kann gleichzeitig an den Tauscherkern gelötet werden.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die bekannte Technik des Heften, erhalten durch Punktschweißen, eine Zahl von Nachteilen mit sich bringt.
  • Ein erster Nachteil beruht auf der Schwierigkeit, den Vorgang in Bezug auf die Regulierung der Schweißparameter zu steuern. In dieser Hinsicht sollte beispielsweise in Betracht gezogen werden, dass der vorstehend genannte Vorgang nicht genau wiederholbar ist, in dem Sinne, dass die nacheinander ausgeführten Schweißpunkte voneinander abweichende Eigenschaften aufweisen können. Dies hängt grundsätzlich von der veränderbaren Schweißintensität ab (welche wiederum von dem Schweißstrom abhängt) und von möglicherweise vorhandenen Unterschieden in den Dicken zwischen den Teilen ab, die zusammengeschweißt werden sollen.
  • In dem Falle, in dem die Schweißpunkte, die in dem Heft-Schritt ausgeführt werden, von kleinen Abmessungen sind, besteht die Gefahr, dass die Punkte dabei versagen werden, den hohen Behandlungstemperaturen zu widerstehen, die für den nachfolgenden Löt-Vorgang typisch sind. Als Folge davon kann sich die funktionale Komponente von dem jeweiligen Verteiler oder dem rohrförmigen Rohr lösen und in den Löt-Ofen fallen. Andererseits, in dem Falle, in dem die Schweißintensität zu groß ist, besteht die Gefahr, eine Perforierung in dem Rohr zu erzeugen, wobei die Perforierung schwer zu entdecken ist, da sich das Schweißmaterial innerhalb der Perforierung selbst ansammelt. In dem nachfolgenden Löt-Schritt kann das Schweißmaterial jedoch schmelzen und daher für die Entstehung einer Leckage in dem Rohr verantwortlich sein, welche erst in einem nachfolgenden Stadium des Herstellungsvorgangs entdeckt werden könnte.
  • Andere Variablen, die den vorstehend genannten Schweißvorgang weiter verkomplizieren, beruhen dann auf der Schwierigkeit, das Schweißmaterial genau zu positionieren, der Tatsache, dass die Schweißtiefe sich als nicht konstant erweisen kann, und der Tatsache, dass die Qualität der Verbindung zwischen den Teilen aufgrund der Porösität der Schweißpunkte verschlechtert sein kann. Der Schweißvorgang bringt weiterhin Probleme basierend auf einer Deformation aufgrund von Überhitzung mit sich, was zu geometrischen Veränderungen in dem Verteiler führt, was das nachfolgende Zusammensetzen davon mit dem Rohr des Tauschers schwierig gestaltet.
  • Ein anderer Nachteil des Stands der Technik leitet sich aus der Tatsache ab, dass wie bereits erwähnt der Bogen-Punktschweißvorgang voraussetzt, dass die zwei aneinander zu befestigenden Teile Dicken aufweisen sollten, die einander so ähnlich sein sollen wie möglich. Als Folge davon wird in der Praxis die Dicke der verschiedenen Komponenten, die mit dem Fluid-Zirkulationsrohr verbunden werden sollen, kongruent mit der Dicke des letzteren gestaltet (welche allgemein sehr klein ist, typischerweise in dem Bereich von 1,2 mm). Dies ist jedoch abträglich, für die strukturelle Festigkeit des Produkts, da auch die entsprechenden Halteklammern eine geringe Dicke aufweisen müssen, zumindest in den Punkten der Befestigung an dem Rohr. Es ist daher klar, dass, um die Haltbarkeit des Produkts zu erhöhen, es möglich wäre, die Dicke der funktionalen Komponenten zu erhöhen, und daher auch des jeweiligen Fluid-Zirkulationsrohrs; jedoch bringt dies eine deutliche Erhöhung in dem Verbrauch an Material mit sich.
  • Aus den obigen Gründen ist die Steuerung des vorgenannten Schweißvorgangs extrem arbeitsaufwendig, und daher langsam und kostspielig, zusätzlich dazu, dass sie einen bedeutenden Verbrauch an elektrischem Strom mit sich bringt. Schließlich sollte bedacht werden, dass der vorgenannte Vorgang sehr laut und verschmutzend ist, was es zwingend erforderlich macht, ein teures zusätzliches Schalldämmungssystem und System für das Absaugen der Schweißdämpfe zu verwenden; weiterhin ist das Schweißsystem selbst sehr kostspielig.
  • Aus dem vorstehend erläuterten ist klar, wie der Bogen-Punktschweißvorgang, der derzeit für das Heften der verschiedenen funktionalen Komponenten an die Rohre von Klimaanlagen hohe Verarbeitungskosten ebenso wie ein hohes Risiko von Produktionsausschuss mit sich bringt.
  • Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, und in diesem Kontext ist der Hauptzweck der Erfindung, ein Verfahren zum Befestigen von Komponenten an einem Rohr für die Zirkulation eines Fluids bereitzustellen, wobei das Rohr einen Teil eines Wärmetauschers bildet, insbesondere eines Kondensors einer Klimaanlage, wobei das Verfahren schneller und ökonomischer zu implementieren ist, sowie zuverlässiger und leichter wiederholbar ist als das derzeit verwendete Verfahren gemäß der bekannten Technik eingesetzte Verfahren.
  • Das Vorstehende und noch andere Zwecke, die deutlich aus dem Folgenden hervorgehen werden, werden gemäß der Erfindung erreicht durch ein Verfahren und einen Wärmetauscher, welche die Eigenschaften aufweisen, welche in den angefügten Ansprüchen angegeben sind, die verstanden werden, als dass sie einen integralen Bestandsteil der vorliegenden Beschreibung bilden.
  • Weitere Zwecke, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klar aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervorgehen, und aus der angefügten Zeichnung, die ausschließlich als erläuterndes und nicht beschränkendes Beispiel bereitgestellt wird, und in der:
  • 1 eine schematische Darstellung, mittels einer teilweisen perspektivischen Ansicht, eines Kondensors ist, der einen Teil einer Klimaanlage bildet, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
  • 2 eine teilweise und schematische Schnittansicht eines Rohrs ist,. das einen Teil des Kondensors von 1 bildet;
  • 3 eine Explosionsansicht eines Teils des Kondensors von 1 ist, in einem ersten Schritt des Heft-Vorgangs;
  • 4 eine schematische Darstellung, mittels einer perspektivischen Ansicht, eines zweiten Schritts in dem Vorgang zum Anheften des Kondensors aus 1 ist;
  • 5 eine schematische Darstellung, mittels einer perspektivischen Ansicht, eines dritten Schritts in dem Vorgang zum Anheften des Kondensors aus 1 ist;
  • 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI–VI von 4 ist;
  • 7 ein Detail eines Querschnitts ähnlich dem von 6 darstellt, aber in dem in 5 dargestellten Betriebsschritt; und
  • 8 ein Detail eines Querschnitts ähnlich dem von 7 darstellt, aber auf einen Löt-Vorgang der dargestellten Komponenten folgend.
  • In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 als ein Ganzes einen Kondensor, der einen Teil einer Klimaanlage für ein Motorfahrzeug bildet.
  • Der Kondensor 1 ist von allgemeiner Konzeption, die für sich genommen bekannt ist, und umfasst einen rohrförmigen Verteiler 2, der aus Aluminium hergestellt ist, und der ausgelegt ist, die Zirkulation eines Fluids zu ermöglichen, von dem hier angenommen wird, dass es ein Kühlgas ist. Mit dem Verteiler 2 sind auf eine bekannte Weise ableitende Elemente verbunden, deren Konstruktion und Betrieb ebenso bekannt sind und von denen eins durch 3 bezeichnet ist. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet Seitenklammern zum Halten und Befestigen des Kondensors 1, die integral mit dem Verteiler 2 ausgebildet sind.
  • Die Konstruktion des Kondensors 1 sieht einen Heft-Schritt vor, während dem die verschiedenen Komponenten des Kondensors selbst vorbereitend zusammengeheftet werden. Das halb fertig gestellt Produkt, das so zusammengeheftet ist, wird einem Löt-Vorgang unterzogen, um eine endgültige Befestigung zwischen den Teilen zu erhalten.
  • Gemäß einem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schritt des Heftens von mindestens einer seiner funktionalen Komponenten an den Verteiler 2 durch Vernieten ausgeführt. In diesem Zusammenhang zeigt 2 eine der Klammern 4, die vorbereitend an dem Verteiler 2 befestigt ist, mittels einer fluid-dichten Niete, die als Ganzes mit 5 bezeichnet ist.
  • Fluid-dichte Nieten des gleichen Typs wie die als 5 bezeichnete sind von einer für sich genommen bekannten Konzeption. Hier wird es genügen, herauszustellen, dass, wie beispielsweise aus 3 hervorgeht, die Niete 5 einen gängigen zylindrischen Körper 5A umfasst, der einen vorderen Flansch 5B definiert. In dem Material, welches den Körper 5A bildet, ist ein Ende 5C' eines Schafts oder einer Spindel 5C eingebettet, wobei das Ende einen größeren Querschnitt aufweist als der überwiegende Abschnitt des Schafts selbst (in dem beispielhaften Fall weist das Ende 5C' des Schafts 5C eine allgemein kugelförmige Gestalt auf).
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Körper 5 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die arm an Silizium und Magnesium ist, und mit einem hohen Schmelzpunkt. Beispielsweise kann der Körper der Niete 5 aus Legierungen hergestellt sein, die den Kodes AA10000 und AA3000 der Aluminium Association entsprechen. In jedem Fall ist das Material, das für die Herstellung der fluid-dichten Nieten verwendet wird, die gemäß der Erfindung für den Heft-Schritt eingesetzt werden, kompatibel mit den Prozesstemperaturen, die im Laufe des nachfolgenden Löt-Schritts angenommen werden. Mindestens die äußere Oberfläche des Verteilers 2 (und möglicherweise die Oberfläche des Verteilers in Kontakt mit der Klammer 4) wird vorher durch Ablagern eines niedrig-schmelzenden Materials plattiert bzw. galvanisch behandelt.
  • Wie in 3 bemerkt werden kann, sind, um das Heften auszuführen, in jeweiligen Punkten des Rohrs 2 und der Klammern 4, vorbereitend Durchgangslöcher definiert, mit 2A und 4A bezeichnet, die vorgesehen sind, die Nieten 5 aufzunehmen. Die Klammer 4 wird dann auf dem Verteiler 2 in einer solchen Weise angeordnet, dass das Loch 4A mit dem Loch 2A ausgerichtet ist. Der zylindrische Körper 5A der Niete 5 wird dann in die vorstehend genannten ausgerichteten Löcher eingesetzt, bis der Flansch 5B der Niete 5 zum Anliegen an die äußere Oberfläche der Klammer 4 kommt, wie in 4 gesehen werden kann.
  • Mittels einer Nietmaschine, von einer Art, die für sich genommen bekannt ist, wird eine Zugkraft auf den Schaft 5C ausgeübt, um eine Bewegung des letzteren in Bezug auf den Körper 5A zu erzeugen. Die Verschiebung des Endes 5C' des Schafts 5C bewirkt daher eine mechanische Verformung des Endbereichs des zylindrischen Körpers 5A, der dadurch verbreitert wird, wie beispielsweise in den 2 und 6 bis 8 gesehen werden kann. Diese Verbreiterung ermöglicht mechanisches und sicheres Befestigen der Klammer 4 an dem Verteiler 2 in einer klar bestimmten Position. Wenn eine bestimmte Grenze an aufgewandter Belastung erreicht wird, bricht der Schaft 5B in einem vorbestimmten Punkt. Auf diese Weise, wie in 7 gesehen werden kann, verbleibt der Teil des Schafts 5C, welcher das Ende 5C' aufweist, innerhalb des Körpers 5A, während der verbleibende Teil endgültig von der Niete 5 entfernt werden kann, wie in 5 gesehen werden kann.
  • Nach dem Abschluss des vorstehend beschriebenen Heft-Vorgangs wird das halb fertig gestellt Produkt, das aus dem Verteiler mit den verschiedenen funktionalen Komponenten, die damit verbunden sind, zusammengesetzt ist, darunter die Klammern 4, einem Löt-Vorgang unterzogen, der gemäß den Modalitäten und unter Verwendung von Mitteln, die für sich genommen bekannt sind, ausgeführt wird. Im Laufe des Löt-Vorgangs vervollständigt ein Schmelzen des niedrigschmelzenden Materials, das zumindest auf der äußeren Oberfläche des Verteilers 2 vorhanden ist, das Befestigen der Klammer 4 an dem Verteiler selbst. Insbesondere, in Anbetracht des vorliegenden Zwecks, führt ein Schmelzen des vorgenannten niedrig-schmelzenden Materials die Funktion aus, die Klammer 4 auf eine fluid-dichte Weise auf der Oberfläche des Verteilers 2 abzudichten, wobei die Niete 5 dazwischengesetzt ist, in einer solchen Weise, um mögliche Leckagen des Kühlmittels zu verhindern, das ausgelegt ist, unter hohem Druck (im Bereich von 30 bar) innerhalb des Verteilers 2 zu zirkulieren, wenn der Kondensor erst in Benutzung ist. Mit anderen Worten, wie es aus 8 ersichtlich ist, bildet das niedrig-schmelzende Material nach dem Schmelzen, welches im Laufe des Löt-Vorgangs erfolgt, tatsächlich fluid-dichte Abdichtmittel, als ein Ganzes mit 6 bezeichnet, zwischen der Niete 5, dem Verteiler 2 und der Klammer 4.
  • Aus dem vorstehend beschriebenen ist klar dass, im Gegensatz zu dem vorhergehend zitierten Stand der Technik, ein Zusammenheften des Produkts, das gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, mittels eines kalten mechanischem Vorgangs ausgeführt werden kann, der einfach und schnell ausgeführt werden kann, mit praktisch perfekter Wiederholbarkeit und in der Abwesenheit besonderer Beschränkungen, wie etwa die Dicke der Teile betreffend, die miteinander verbunden werden müssen. Zusätzlich dazu garantiert der hierin beschriebene Heft-Vorgang ein Aufrechterhalten der Position der Komponente (in diesem Fall der Klammer 4) während dem nachfolgenden Löt-Schritt. Der Energieverbrauch wird weiterhin drastisch verringert, im Vergleich zu Heften, das mittels Bogen-Punktschweißen ausgeführt wird. Die Fertigungsstraße zeigt sich einfacher, ökonomischer und von geringerer Behinderung, vorausgesetzt, dass der Bedarf an schalldämmenden Vorrichtungen und Rauchabsaugausrüstung beseitigt wird, der für die bekannte Technik typisch sind.
  • Die Gesamtkosten des hergestellten Produkts unter Annahme des Verfahrens gemäß der Erfindung sind daher vergleichsweise verringert, im Vergleich mit denen des Stands der Technik, mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit und Qualität des Endprodukts und einer drastischen Verringerung in der Anzahl von Ausschüssen des Herstellungsvorgangs.
  • Die Erfindung ist hierin mit Bezug auf das Befestigen von Halteklammern 4 an dem rohrförmigen Verteiler 2 beschrieben worden, aber es ist ersichtlich, dass die Idee, welche der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, gleichsam auf andere funktionale Komponenten anwendbar ist (so wie Rohrverzweigungen bzw. -Übergangsstücke, Verbinder, Sitze für Filter etc.). Die Erfindung kann ebenso auch auf Wärmetauscher angewendet werden, die von Kondensoren für Klimaanlagen verschieden sind.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Befestigen von Komponenten an einem Rohr für die Zirkulation eines Fluids, wobei das Rohr einen Teil eines Wärmetauschers (1) bildet, insbesondere eines Kondensors einer Klimaanlage, wobei das Verfahren mindestens einen Schritt der vorbereitenden Verbindung mindestens einer Komponente (4) mit dem Rohr (2) beinhaltet, gefolgt von einem Verankerungsvorgang, um eine endgültige Verbindung der Komponente (4) mit dem Rohr (2) zu erhalten, gekennzeichnet durch – Bilden von Durchtrittsöffnungen (2A, 4A) in dem Rohr (2) und der Komponente (4); – Einfügen einer Niete (5) in die Durchtrittsöffnungen (2A, 4A) und Ausführen einer vorbereitenden Verbindung der Komponente (4) mit dem Rohr (2) durch Vernieten; und – Bereitstellen einer fluiddichten Abdichtung zwischen der Komponente (4), dem Rohr (2) und der Niete (5), indem Oberflächenmaterial (6) während des Verankerungsvorgangs geschmolzen wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niete (5) von der fluiddichten Art ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (6) ein niedrigschmelzendes Material ist, das auf der äußeren Oberfläche des Rohrs (2) und/oder der Komponente (4) vorhanden ist.
  4. Wärmetauscher, insbesondere ein Kondensor (1) einer Klimaanlage, umfassend mindestens ein Rohr (2) für die Zirkulation eines unter Druck gesetzten Fluids, und mindestens eine Komponente (4), die starr mit dem Rohr (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (4) und das Rohr (2) jeweilige Durchtrittsöffnungen (4A, 2A) aufweisen, die miteinander ausgerichtet sind, zum Unterbringen wenigstens eines Teils einer Niete (5), die die Komponente (4) mechanisch mit dem Rohr (2) verbindet, und dadurch, dass Dichtungsmittel (6) bereitgestellt sind, um die Komponente (4), das Rohr (2) und die Niete (5) miteinander abzudichten, und dadurch Austreten des Fluids in Richtung der Durchtrittsöffnung (2A) zu verhindern, die in dem Rohr (2) definiert ist, wobei die Dichtungsmittel durch geschmolzenes Material (6) gebildet werden, das auf der äußeren Oberfläche des Rohrs (2) und/oder der Komponente (4) vorhanden ist.
  5. Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Kondensor (1) einer Klimaanlage für Motorfahrzeuge ist.
  6. Wärmetauscher gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine Halte- oder Befestigungsklammer (4) und/oder eine Rohrverzweigung bzw. ein Rohrverteiler oder Verbinder und/oder ein Halter für einen Filter ist.
  7. Wärmetauscher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niete (5) von der fluiddichten Art ist.
  8. Wärmetauscher gemäß Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper der Niete (5) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die arm an Silizium und Magnesium ist, und einen hohen Schmelzpunkt aufweist.
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