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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die bekannte
Technik des Heften, erhalten durch Punktschweißen, eine Zahl von Nachteilen
mit sich bringt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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;
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2 eine
teilweise und schematische Schnittansicht eines Rohrs ist,. das
einen Teil des Kondensors von 1 bildet;
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3 eine
Explosionsansicht eines Teils des Kondensors von 1 ist,
in einem ersten Schritt des Heft-Vorgangs;
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4 eine
schematische Darstellung, mittels einer perspektivischen Ansicht,
eines zweiten Schritts in dem Vorgang zum Anheften des Kondensors
aus 1 ist;
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5 eine
schematische Darstellung, mittels einer perspektivischen Ansicht,
eines dritten Schritts in dem Vorgang zum Anheften des Kondensors
aus 1 ist;
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6 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie VI–VI von 4 ist;
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7 ein
Detail eines Querschnitts ähnlich dem
von 6 darstellt, aber in dem in 5 dargestellten
Betriebsschritt; und
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8 ein
Detail eines Querschnitts ähnlich dem
von 7 darstellt, aber auf einen Löt-Vorgang der dargestellten Komponenten
folgend.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 1 als ein Ganzes einen Kondensor, der
einen Teil einer Klimaanlage für
ein Motorfahrzeug bildet.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.