EP2300770B1

EP2300770B1 - Wärmetauscher und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: EP2300770B1
Application number: EP08875072A
Authority: EP
Inventors: Denis Bazika; Rainer Käsinger; Fritz Keller; Wolfgang Knecht; Jens Köppen; Jens Nies; Jürgen ORSO; Andreas Stolz; Werner Zobel
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: EP2300770A1; WO2010003445A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit einem Sammelkasten aus Kunststoff oder Metall, mit metallischen Flachrohrenden, die Teil eines gelöteten Wärmetauschernetzes sind und mit einer Klebeverbindung, für die metallischen Flachrohrenden in korrespondierende Öffnungen des Sammelkastens, mit je einem Ringraum um die Rohrenden herum, in denen sich ein Silikonkleber befindet. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für den Wärmetauscher selbst.
Ein Wärmetauscher mit Klebeverbindung und ein Herstellungsverfahren sind aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2008 021 544.9 intern bekannt.
In der WO 2006/010435A1 wird ebenfalls ein Kleber auf Silikonbasis eingesetzt, um einen Wärmeübertrager für Kraftfahrzeuge herzustellen. Es handelt sich um eine zunächst flüssige Masse, die dort auf der Innenseite eines Rohrbodens ausgegossen wird und danach aushärtet. Ein Ringraum um die Rohrenden herum ist dort nicht vorhanden. Die Rohrenden sind verformt, insbesondere aufgeweitet worden, was fertigungstechnischen Aufwand verursacht. Hier wird auch eine große Menge des Klebstoffes benötigt, die die Herstellungskosten ebenfalls erhöht.
In der WO 2007/009588A1 wird ein Automobilkühler vorgestellt, der ebenfalls verformte Rohrenden aufweist und keine Ringräume besitzt. Die Rohrenden wurden dort nicht eingeklebt sondern durch Umbiegen der Rohrenden befestigt. Dieser Automobilkühler besitzt außerdem einen separaten metallischen Rohrboden, was als nachteilig anzusehen ist.
In der DE 38 09 944 C2 wird ein Kühler für Verbrennungsmotore in Kraftfahrzeugen vorgestellt, der im Wesentlichen dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht. Dort sind demnach Ringräume vorhanden. Der Kleber wird mittels einer Dosiervorrichtung über zu den Ringräumen führende Kanäle in dieselben gebracht. Die Ringräume werden komplett mit dem Kleber ausgefüllt. Der Kleber ist relativ teuer, und es wird ziemlich viel Klebstoff benötigt. In dieser Referenz wird vorgeschlagen, Kleber zu verwenden, die unter dem Markennamen "Loctite" auf dem Markt sind. Obwohl dieser relativ alte Vorschlag auch heute noch fortschrittlich erscheint, sind solche Kühler noch nicht am Markt aufgetaucht. Einer der Gründe dafür dürfte darin bestehen, dass es bisher nicht gelungen ist, die Klebeverbindung dauerhaft haltbar zu gestalten.
Der Wärmetauscher aus FR 2 794 227 besitzt ebenfalls eine Klebeverbindung. Der Kleber kommt dort mit dem durch den Wärmetauscher strömenden Medium in Kontakt.
Aus EP 159 729A ist eine härtbare Kunststoffzusammensetzung bekannt, die Silikon enthält und eine sehr kurze Aushärtezeit besitzt. Die Kunststoffzusammensetzung eignet sich zum Bedecken von optischen Glasfasern.
Kühler für Kraftfahrzeuge sollten wenigstens eine Haltbarkeit von etwa 10 Jahren garantieren und dabei allen vorstellbaren Betriebssituationen gewachsen sein.
Die Anmelderin hat in umfangreichen Voruntersuchungen alle in Frage kommenden Kleber getestet und ist zu dem Ergebnis gekommen, dass Silikonkleber den größten Erfolg versprechen. Silikonkleber sind entweder vom so genannten kondensationsvernetzenden Typ (A) oder vom additionsvernetzenden Typ (B). Die Silikonkleber vom kondensationsvernetzenden Typ (A) scheiden bei ihrer Aushärtung bestimmte Stoffe, beispielsweise Säuren oder Alkohole, aus, während diejenigen vom additionsvernetzenden Typ (B) im Zuge ihrer Aushärtung zur Bildung von Molekülketten führen ohne dabei Stoffe auszuscheiden. Die Kleber des Typs B können einen Katalysator, beispielsweise Platin oder Palladium, aufweisen. Solche Katalysatoren befinden sich gewöhnlich in einer von beispielsweise zwei Komponenten, die zur Zubereitung des einsatzbereiten Klebers vermischt werden müssen. Die Katalysatoren bewirken beispielsweise eine Verkürzung der Aushärtezeit, und sie können auch die dafür erforderliche Temperatur reduzieren helfen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher mit einer dauerhaft haltbaren Klebeverbindung sowie ein Herstellungsverfahren dafür vorzuschlagen bzw. zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher gelöst, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Merkmale des Herstellungsverfahrens befinden sich im Anspruch 23.
Es wurde festgestellt, dass die Dauerfestigkeit der Klebeverbindung dadurch verbessert wird, dass der Silikonkleber vom additionsvernetzenden Typ ist, wobei eine Montageplatte angeordnet ist, die die Ringräume begrenzt. Der elastische Modul bzw. der Speichermodul des Silikonklebers ist relativ niedrig, um die Kräfte der durch Temperaturwechsel induzierten Längenänderungen und die Vibrationen in der Klebeverbindung gering zu halten. Er liegt etwa zwischen 0,1 - 3,0 MPa.
Die Montageplatte ist mit ihrer Oberseite am Sammelkasten klebend befestigt. Sie kann mit ihrer Unterseite auf den Rippen des Wärmetauschernetzes liegen.
Weitere Wirkungsverbesserungen ergeben sich dadurch, dass die Ringräume etwa zu 60 - 95% mit dem Silikonkleber ausgefüllt sind, wobei die mit dem Silikonkleber ausgefüllte Höhe der Ringräume etwa 5 - 15 mm und die Breite der Ringräume etwa 0,5 - 3,0 mm beträgt.
Die Ausfüllung der Ringräume mit dem Kleber zu etwa 60 - 95 % ihres Volumens, gemeinsam mit den angegebenen bevorzugten Dimensionen der Ringräume, steigert die Elastizität der Klebeverbindung, was aufgrund zahlreicher Versuchsreihen, die von der Anmelderin ausgeführt wurden, bestätigt wird. Eine nicht unerhebliche Anzahl von Kühlern mit solchermaßen ausgebildeten Klebeverbindungen wird demnächst im Praxiseinsatz getestet, das heißt, eingebaut in im Einsatz befindlichen Kraftfahrzeugen auf öffentlichen Straßen. Bisher haben sämtliche im Testlabor und im internen Praxiseinsatz geprüften Kühler die Erwartungen erfüllt.
Bezüglich der Dimensionierung der Ringräume wurde gefunden, dass diese auch von der im Einzelfall vorgesehenen Länge der Flachrohre und von der Dimensionierung des Querschnitts der Flachrohre abhängt. Beispielsweise wird man für Flachrohre von Ladeluftkühlern, die etwa 10 mm dick (d, Fig.5) sein können, die Breite und Höhe der Ringräume an den oberen Grenzen liegend auswählen. Für Flachrohre von Kühlflüssigkeitskühler, die lediglich etwa 1,0 - 1,5 mm dick (d) sind, sind eher an der unteren Grenze liegende Breitenabmessungen geeignet. Bei etwas längeren Flachrohren, beispielsweise bis zu oder über 1,0 m, wie sie bei LKW anzutreffen sind, würde man ebenfalls eher einen etwas breiteren und höheren befüllten Ringraum vorsehen, weil dann die durch Temperaturwechsel zu erwartenden Längenänderungen der Flachrohre mittels der Elastizität der Klebeverbindungen besser zu kompensieren sind. Beispielsweise wird sich eine ursprünglich etwa rechteckige Querschnittsfläche des Klebers im Ringraum unter den erwähnten Temperaturwechselbelastungen in Richtung auf eine parallelogrammförmige Querschnittsfläche - und wieder zurück zur Rechteckform - verschieben, was durch die elastischen Eigenschaften des ausgewählten Klebers gemeinsam mit der vorgeschlagenen Gestaltung gewährleistet wird.
Bei bisherigen gelöteten Kühlern kommt es oft zu Ausfällen durch Brüche in den Lötverbindungen Rohr/Rohrboden, weil die erforderliche Elastizität nicht vorhanden ist. Es wird erwartet, dass die Erfindung auch diesbezüglich zu Verbesserungen führt. Vorzugsweise kommt ein aus zwei Komponenten bestehender Silikonkleber zum Einsatz. Es kann sich aber auch um einen Silikonkleber mit einer einzigen Komponente handeln.
Die Zugfestigkeit des verwendeten Silikonklebers liegt etwa zwischen 3,0 - 7,0 MPa, vorzugsweise etwa bei 4,0 - 6,0 MPa.
Die Dehnung des verwendeten Silikonklebers ist größer als 100%, beispielsweise beträgt sie 150%.
Es ist von Vorteil, wenn der verwendete Silikonkleber einen Katalysator aus der Gruppe der Platinmetalle bzw. deren Verbindungen aufweist.
Die dynamische Viskosität des nicht ausgehärteten Silikonklebers beträgt etwa 20 000 - 60 000 cP. Mit diesen Werten lässt sich der Kleber beispielsweise auf der Montageplatte wurmförmig auftragen ohne auseinander zu fließen.
Die Ringräume können über die mit dem Silikonkleber ausgefüllte Höhe etwa die gleiche Breite aufweisen.
Es ist jedoch auch möglich, die Ringräume leicht konisch zu gestalten, wobei sie über die mit dem Silikonkleber ausgefüllte Höhe ein abnehmendes/ansteigendes Breitenmaß aufweisen. Die angegebenen Breitenabmessungen beziehen sich bei konischen Ringräumen auf das Mittelmaß, das heißt, die angegebenen Breitenmaße können bei konischen Ringräumen auch geringfügig überschritten werden.
Der nicht mit dem Silikonkleber ausgefüllte Teil der Ringräume soll zum Sammelkasten hinweisend angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers mit einer Klebeverbindung für metallische Flachrohrenden in korrespondierende Öffnungen von Sammelkästen des Wärmetauschers, bei dem ein Silikonkleber in je einen Ringraum zwischen den Flachrohrenden und den Öffnungen eingebracht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ringräume mit einem einen Speichermodul im Wertebereich von 0,1 - 3,0 MPa besitzenden Silikonkleber vom additionsvernetzenden Typ mittels einer Montageplatte befüllt und verschlossen werden. Die Montageplatte besitzt mit den Flachrohren korrespondierende Öffnungen, um dieselbe auf die Flachrohrenden stecken zu können, sodass sie beispielsweise mit der Unterseite auf kühlluftseitigen Rippen liegt. Die Öffnungsränder der Montageplatte liegen eng an den Flachrohrenden an, um das Entweichen des Klebers möglichst zu vermeiden. Der Silikonkleber wird vorzugsweise auf die Oberseite der Montageplatte aufgetragen und durch die anschließende Zusammenführung von Montageplatte mit dem Sammelkasten, wobei auch die Flachrohrenden in die Öffnungen des Sammelkastens geschoben werden, in die Ringräume gedrückt.
Die Flachrohrenden werden bedarfsweise vorbehandelt, zumindest gereinigt mit einem geeigneten Mittel, um z. B. Lötflussmittel zu entfernen, die sich als schädlich für eine qualitätsgerechte Klebeverbindung erwiesen haben.
Die Flachrohrenden sind Teil eines mittels CAB - Lötverfahren verbundenen Wärmetauschernetzes aus Flachrohren und kühlluftseitigen Rippen, beide aus Aluminium bzw. aus Aluminiumlegierungen. Für dieses Lötverfahren wird normalerweise ein nicht korrosives Flussmittel verwendet, obwohl intensiv daran gearbeitet wird, auf Flussmittel komplett zu verzichten. Jedenfalls können Oberflächenbehandlungen sowohl an den Flachrohrenden als auch in den Öffnungswänden erforderlich sein und durchgeführt werden.
Die Montageplatte besitzt mit den Flachrohren korrespondierende Öffnungen, um dieselbe auf die Flachrohrenden stecken zu können, sodass sie beispielsweise mit der Unterseite auf kühlluftseitigen Rippen liegt. Die Öffnungsränder der Montageplatte liegen gemäß einer Weiterentwicklung nachgiebig eng an den Flachrohrenden an, um Unterschiede zwischen den Abständen der Öffnungen in der Montageplatte und den Abständen der Flachrohrenden ausgleichen zu können. Alternativ oder zusätzlich sind die Abstände zwischen den Öffnungen durch eine elastische bzw. nachgiebige Gestaltung der Montageplatte veränderbar bzw. anpassbar. Damit ist auch sichergestellt, dass weder die Flachrohrenden noch die Montageplatte beschädigt werden und dass kein Kleberverlust durch zu große Spalte zwischen den Flachrohrenden und den Öffnungsrändern der Montageplatte auftritt.
Weitere Merkmale sind Inhalt der beiliegenden Patentansprüche. Ferner gehen Merkmale und deren Wirkungen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen hervor.
Die Zeichnungen zeigen Folgendes:

Fig. 1 zeigt bevorzugte Abmessungen der Ringräume als Ergebnis durchgeführter Versuche;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Montageplatte;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht einer Montageplatte;
Fig. 4 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen Sammelkasten des Wärmetauschers;
Fig. 5 zeigt eine Ansicht auf ein Flachrohrende;
Fig. 6 zeigt eine Ansicht auf einen Teil der Montageplatte mit Silikonkleber;
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen Sammelkasten;
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Montageplatte;
Fig. 9 zeigt eine perspektivische und vergrößerte Teilansicht einer Montageplatte;
Fig.10 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform, wie die Öffnungsränder der Öffnungen der Montageplatte nachgiebig ausgebildet sind, in einer stark vergrößerten Ansicht;
Fig. 11 zeigt den Querschnitt einer zweiten Ausführungsform;
Fig.12 zeigt den Querschnitt einer dritten Ausführungsform;
Fig. 13 zeigt den Querschnitt einer vierten Ausführungsform;
Fig. 14 zeigt den Querschnitt einer ersten Ausführungsform zur nachgiebigen Gestaltung der Abstände der Öffnungen;
Fig. 15 zeigt den Querschnitt einer zweiten Ausführungsform alternativ zur Fig. 14;
Fig. 16 - 18 Herstellungsablauf und Frontansicht eines Wärmetauschers;
Zahlreiche praktische Versuche und Simulationsrechnungen haben ergeben, dass die bevorzugte Breite b des Ringraums 6 bzw. der Klebeverbindung 1 zwischen 1, 5 - 2,5 mm liegt und die bevorzugte Höhe h des mit dem Silikonklebers SK befüllten Ringraumes 6 bzw. der Klebeverbindung 1 etwa zwischen 5, 0 - 10, 0 mm zu finden ist. Das soll durch die Fig. 1 verdeutlicht sein. Die Breite b und die Höhe h wurden in der Fig. 4 eingezeichnet.

Aus der erwähnten Fig. 4 geht auch hervor, dass der obere Teil 60 des Ringraums 6 nicht mit dem Silikonkleber SK ausgefüllt ist. Es hat sich erwiesen, dass die Elastizität und die Haltbarkeit der Klebeverbindung weiter zu steigern ist, wenn der Füllungsgrad der Ringräume 6 mit Silikonkleber SK etwa 60 - 95% des Gesamtvolumens der Ringräume 6 beträgt.
Der eingesetzte Silikonkleber SK ist vom additionsvernetzenden Typ, das heißt, er scheidet bei seiner Aushärtung keine Stoffe aus. Der Speichermodul des Silikonklebers SK beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1,8 MPa, ausgewählt aus e nem Bereich zwischen 0,5 - 3,0 MPa. Dieser relativ niedrige Wert trägt zur Dauerhaltbarkeit der Klebeverbindung maßgeblich bei, wobei die Klebeverbindung exzellente elastische Eigenschaften aufweist und über einen langen Zeitraum behält. Bei der Herstellung der Klebeverbindung bzw. des Wärmetauschers des Ausführungsbeispiels wurde wie folgt vorgegangen:
Flachrohre 20, wie in Fig. 5 gezeigt, werden abwechselnd mit Rippen 30 zum Wärmetauschernetz 3 zusammengesetzt. Das Wärmetauschernetz 3 wird zum CAB-Löten entsprechend vorbereitet, der Lötprozess wird ausgeführt. Die freien Flachrohrenden 2 werden gegebenenfalls von Resten des Flussmittels oder anderen störenden Resten befreit bzw. ihre Oberfläche wird behandelt. Eine Montageplatte 10, eine dünne Folie von etwa 1,0 mm Dicke oder weniger, wie in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigt, wird mit ihren Öffnungen 12 auf die Flachrohrenden 2 geschoben, wobei die Öffnungsränder recht eng an den Flachrohrwänden anliegen. Die Montageplatte 10 kann mit ihrer Unterseite schließlich auf den Rippen 30 sitzen, ohne daran befestigt zu werden. In der Fig. 4 ist im Gegensatz dazu ein geringer Abstand zwischen der Unterseite der Montageplatte 10 und den Rippen 30 zu sehen. Anschließend wird eine dosierte Menge des Silikonklebers SK, wie in Fig. 6 gezeigt, schlangenlinienartig auf der Innenseite der Montageplatte 10 aufgetragen. Danach wird der Sammelkasten 5 mit seinen Öffnungen 4 auf die freien Flachrohrenden 2 geschoben. Dabei kommt der Sammelkasten 5 mit der schalenartigen Montageplatte 10 zusammen, das heißt, der wellenartige Rand 11 der Montageplatte 10 greift in eine entsprechend geformte, umlaufende Nut 50 im Sammelkasten 5 ein. Die Oberseite der Montageplatte 10 verklebt dabei auch mit der Unterseite des Sammelkastens 5.
Im Ausführungsbeispiel ist der Sammelkasten 5 einteilig ausgebildet. Ein nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel besitzt einen Rohrboden aus Metall oder Kunststoff, in dem sich die Öffnungen 4 befinden, der später mit einem Kastenteil entlang der umlaufenden Ränder verbunden wird, um den Sammelkasten 5 zu bilden.
Durch die Zusammenführung von schalenartiger Montageplatte 10 mit Sammelkasten 5 wird vor allem der Silikonkleber SK in die Ringräume 6 gedrückt. Durch das erwähnte Eingreifen des Randes 11 in die umlaufende Nut 50 wird verhindert, dass beim Zusammenführen von Sammelkasten 5 mit Montageplatte 5 der Silikonkleber SK seitlich austreten kann. Er wird vielmehr gezwungen in die Ringräume 6 einzutreten. Die Höhe H des Randes 11 ist deshalb so ausgelegt worden, dass er bereits in die Nut 50 eingreift bevor das Eindrücken des Silikonklebers SK in die Ringräume 6 beginnt. Der in der Fig. 4 gezeigte Zustand wird somit erreicht. Der Füllungsgrad der Ringräume 6 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 75%, das heißt, 25 % des Volumens der Ringräume 6 werden nicht mit dem Silikonkleber SK befüllt. In der Fig. 4 sind das die oberen Teile 6 der Ringräume 60. Wie aus der Fig. 4 weiter ersichtlich ist, stecken die allerletzten Enden der Flachrohrenden 2 in sehr engen Öffnungsabschnitten, die Teile der Öffnungen 4 im Sammelkasten 5 sind, um zu vermeiden, dass der Silikonkleber SK später in wesentlichen Kontakt mit dem durch den Wärmetauscher strömenden Medium kommt.
Zur Darstellung in Fig. 4 sei noch vermerkt, dass die Flachrohrenden 2 praktisch nicht in das Innere des Sammelkastens 5 ragen, auch wenn die Fig. 4 einen anderen Eindruck vermitteln könnte. Der Sammelkasten 5 besitzt nämlich in seinem Öffnungs - bzw. Bodenbereich eine - im Querschnitt betrachtet - etwa halbrunde Kontur, um seine Druckstabilität zu verbessern, weshalb die Fig. 4 den Anschein erwecken könnte, als stünden die Flachrohrenden 2 deutlich nach innen über, was tatsächlich nur für die auf der Mittellängslinie liegende Partie der Flachrohrenden 2 zutrifft. Der innere Druckverlust ist deshalb reduziert worden. Der Gesamtquerschnitt des Sammelkastens 5 ist rund bis oval ausgebildet, was die Fig. 7 zeigen soll. Die Montageplatte 10, eines der Flachrohre 20 und ein Teil eines Ringraums 6 wurden dort lediglich in stilisierender Weise angedeutet.
Die Zugfestigkeit des Silikonklebers SK beträgt im Ausführungsbeisl etwa 5,3 MPa, ausgewählt aus einem vorteilhaften Bereich zwischen 3,0 - 7,0 MPa.
Die Viskosität des Silikonklebers SK beträgt etwa 35 000 cP, ausgewählt aus einem Bereich zwischen 20 000 - 60 000 cP. Mit diesem Wert lässt sich der Silikonkleber SK auftragen, ohne auseinander zu fließen.
Im Anschluss an die beschriebene Montage wird ein Aushärteprozess durchgeführt, der in einem nicht gezeigten Trocknungsofen oder auf einer Trocknungsstrecke ausgeführt wird. Die Wärmetauscher werden bei einer Temperatur von ca. 120°C etwa 30 Minuten gehalten, ausgewählt aus einem Temperaturbereich von 80 - 180°C und einer Zeitspanne zwischen 1 - 60 Minuten. Dem Silikonkleber SK wurde ein Katalysator aus der Gruppe der Platinmetalle beigemischt, um die Aushärtezeit zu verkürzen.
Weil die Dicke der Wandteile a, b (Fig. 5) der Flachrohre 20 extrem gering ist, nämlich in einem Bereich von 0,03 mm - 0,15 mm liegt, weil die Rippen 30 lediglich etwa 0,03 mm - 0,09 mm dick sind und weil darüber hinaus vorzugsweise kein metallischer Rohrboden eingesetzt wird, wird ein wesentlich leichterer Wärmetauscher zur Verfügung gestells. Auch seine Leistungskennwerte liegen - u. a. wegen der Inneneinsätze c in den Flachrohren 20 - deutlich höher als bei gewöhnlichen Wärmetauschern. Solche Wärmetauscher benötigen darüber hinaus wesentlich weniger Energie beispielsweise für den Lötprozess. Bei der Bereitstellung solcher Wärmetauscher leistet die vorgeschlagene Erfindung einen wesentlichen Beitrag.
Zahlreiche Fertigungsversuche haben ergeben, dass, bedingt durch verschiedene Fertigungseinflüsse, die genaue Übereinstimmung der Abstände der Flachrohrenden mit den Abständen der Öffnungsränder in der Montageplatte nicht ständig gewährleistet ist. Dies kann zu Beschädigungen der Flachrohrenden und der Montageplatte führen, wodurch das Wärmetauschernetz und die Montageplatte unbrauchbar werden können. Mittels Untersuchungen bezüglich verschiedener Ausführungsformen der Öffnungsränder und den Bereichen zwischen den Öffnungen wurde festgestellt, dass eine nachgiebige Gestaltung der Öffnungsränder und / oder der Abstände der Öffnungen sowohl die Beschädigungsgefahr durch nicht übereinstimmende Abstände, als auch die Gefahr von Kleberverlust durch zu große Spalte ausschließt. Die Nachgiebigkeit der Öffnungsränder und / oder der Abstände der Öffnungen der Montageplatte kann zum Beispiel durch eine örtlich geringere Materialdicke der Montageplatte dargestellt werden, unterstützt durch Schnitte in den Öffnungsrändern.
Bei der Herstellung der Klebeverbindung bzw. des Wärmetauschers des Ausführungsbeispiels wird wie folgt verfahren:
Flachrohre 20 werden abwechselnd mit Rippen 30 zum Wärmetauschernetz 3 zusammengesetzt. Das Wärmetauschernetz 3 wird zum CAB-Löten entsprechend vorbereitet, der Lötprozess wird ausgeführt. Die freien Flachrohrenden 2 werden gegebenenfalls von Resten des Flussmittels oder anderen störenden Resten befreit bzw. ihre Oberfläche wird behandelt. Eine Montageplatte 10, eine dünne Folie von etwa 1,0 mm Dicke oder weniger wird mit ihren Öffnungen 12 auf die Flachrohrenden 2 geschoben, wobei die nachgiebigen Öffnungsränder 13 sich an den Schmal- und Breitseiten der Flachrohre 20 anlegen.
Die Öffnungsränder 13 können mit Schnitten 14 und / oder spitz zulaufend 15 ausgebildet sein, wie in den Fig. 8 - 10 dargestellt ist. Eine zweite Ausführungsform der Öffnungsränder 13 ist in Fig. 12 gezeigt, wobei die Nachgiebigkeit durch eine örtlich verringerte Materialdicke in Form eines Absatzes 16 dargestellt ist. Als drittes Ausführungsbeispiel ist die örtlich verringerte Materialstärke mittels Rillen 17 bzw. Sicken verwirklicht, wie in Fig. 13 gezeigt ist, wobei die Form der Rillen bzw. Sicken nicht auf eine im Querschnitt kreisbogenförmige Vertiefung beschränkt sein muss. Weitere Ausführungsbeispiele zeigen in den Fig. 14 und 15 die nachgiebige Gestaltung der Abstände der Öffnungen 12 in der Montageplatte 10 durch Verringerung der Materialdicke in den Randbereichen zwischen den Öffnungen 12 und den wellenartigen Rändern 11 der Montageplatte 10, (Fig. 14), oder zwischen den Öffnungen 12 quer über die Montageplatte 10, (Fig. 15).
Es sind beliebige jedoch zweckmäßige Kombinationen der vorstehend beschriebenen Ausführungen möglich, um die Nachgiebigkeit zu erreichen, bzw. um dieselbe weiter zu erhöhen.
Die Montageplatte 10 kann mit ihrer Unterseite schließlich auf den Rippen 30 sitzen, ohne daran befestigt zu werden. In der Fig. 4 ist im Gegensatz dazu ein geringer Abstand zwischen der Unterseite der Montageplatte 10 und den Rippen 30 zu sehen. Anschließend wird eine dosierte Menge des Silikonklebers SK, schlangenlinienartig auf der Innenseite der Montageplatte 10 aufgetragen ( nicht gezeigt ). Danach wird der Sammelkasten 5 mit seinen Löchern 4 auf die freien Flachrohrenden 2 geschoben. Dabei kommt der Sammelkasten 5 mit der schalenartigen Montageplatte 10 zusammen, das heißt, der wellenartige Rand 11 der Montageplatte 10 greift in eine entsprechend geformte, umlaufende Nut 50 im Sammelkasten 5 ein. Die Oberseite der Montageplatte 10 verklebt dabei auch mit der Unterseite des Sammelkastens 5.
Durch die Zusammenführung der schalenartigen Montageplatte 10 mit dem Sammelkasten 5 wird der Silikonkleber SK in die Ringräume 6 gedrückt. Durch das erwähnte Eingreifen des Randes 11 in die umlaufende Nut 50 wird verhindert, dass beim Zusammenführen vom Sammelkasten 5 mit der Montageplatte 10 der Silikonkleber SK seitlich austreten kann. Er wird vielmehr gezwungen in die Ringräume 6 einzutreten.
In der Fig. 18 wird ein Kühlflüssigkeitskühler (Wärmetauscher) eines Lastkraftfahrzeuges gezeigt, dessen Wärmetauschernetz von Kühlluft durchströmt wird. Dieser Kühlflüssigkeitskühler besitzt die vorgeschlagene Klebeverbindung an den Flachrohrenden 2 und wurde gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Fig. 16 und 17 zeigen den Herstellungsablauf des Kühlflüssigkeitskühlers, ausgehend von einem bereits gelöteten Wärmetauschernetz 3, bestehend aus Flachrohren 20 und dort nicht gezeichneten Rippen 30. Zunächst wird die Montageplatte 10 auf die Flachrohrenden geschoben. Der Silikonkleber SK vom additionsvernetzenden Typ wird aufgetragen und die Flachrohrenden 2 werden in die Öffnungen des Sammelkastens 5 geschoben, wobei die Montageplatte 10 mit dem Sammelkasten 5 zusammengeführt und der Silikonkleber in die Ringräume gepresst wird.

Claims

Wärmetauscher mit einem Sammelkasten (5) aus Kunststoff oder Metall, mit metallischen Flachrohrenden (2), die Teil eines gelöteten Wärmetauschernetzes (3) sind und mit einer Klebeverbindung (1) für die metallischen Flachrohrenden (2) in korrespondierende Öffnungen (4) des Sammelkastens (5), mit je einem Ringraum (6) um die Flachrohrenden (2) herum, in denen sich ein Silikonkleber (SK) befindet, wobei die allerletzten Enden der Flachrohrenden (2) in sehr engen Öffnungsabschnitten stecken, die Teil der Öffnungen im Sammelkasten sind, um zu vermeiden, dass der Silikonkleber später in wesentlichen Kontakt mit dem durch den Wärmetauscher strömenden Medium kommt,
wobei der Silikonkleber (SK) vom additionsvernetzenden Typ ist und einen Speichermodul im Wertebereich zwischen 0,1 - 3,0 MPa aufweist,
wobei eine Montageplatte (10) als dünne Folie ausgebildet und angeordnet ist, die die Ringräume (6) verschließt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringräume (6) etwa zu 60 - 95% ihres Volumens mit dem Silikonkleber (SK) ausgefüllt sind,
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Silikonkleber (SK) ausgefüllte Höhe (h) der Ringräume (6) etwa 5 - 15 mm und die Breite (b) der Ringräume (6) etwa 0,5 - 3,0 mm beträgt,
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Silikonkleber (SK) aus einer oder aus wenigstens zwei Komponenten besteht.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung des Silikonklebers größer als 100%, beispielsweise 150% ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit des Silikonklebers (SK) etwa zwischen 3,0 - 7,0 MPa, vorzugsweise etwa bei 4,0 - 6,0 MPa liegt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Silikonkleber (SK) einen Katalysator aus der Gruppe der Platinmetalle bzw. deren Verbindungen aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Viskosität des nicht ausgehärteten Silikonklebers (SK) etwa 20 000 - 60 000 cP beträgt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringräume (6) über die mit dem Silikonkleber (SK) ausgefüllte Höhe (h) etwa die gleiche Breite (b) aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringräume (6) über die mit dem Silikonkleber (SK) ausgefüllte Höhe (h) eine abnehmende/ansteigende Breite (b) aufweisen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht mit dem Silikonkleber (SK) ausgefüllte Teil (60) der Ringräume (6) zum Sammelkasten (5) hinweisend angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (10) mit einem aufgerichteten und umlaufenden Rand (11) der Höhe (H) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (11) der Montageplatte (10) in eine korrespondierende Nut (50) des Sammelkastens (5) eingreift und dass die Montageplatte (10) entweder mit ihrer Unterseite an Rippen (30) des gelöteten Wärmetauschernetzes (3) anliegt oder in einem geringen Abstand zu den Rippen (30) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkasten (5) im Querschnitt etwa rund bis oval ausgebildet ist, um seine Druckstabilität zu verbessern.
Wärmetauscher nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
dass die Montageplatte (10) Öffnungen (12) aufweist, deren Öffnungsränder (13) und / oder die Abstände der Öffnungen (12) nachgiebig ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachgiebigkeit der Öffnungsränder (13) durch eine örtliche Verringerung der Materialdicke der Montageplatte (10) dargestellt ist.
Wärmetauscher nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachgiebigkeit der Öffnungsränder durch Schnitte (14) in den Öffnungsrändern (13) dargestellt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Verringerung der Materialdicke der Montageplatte durch einen spitz zulaufenden Querschnitt (15) dargestellt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Verringerung der Materialdicke der Montageplatte (10) durch einen Querschnitt mit Absatz (16) dargestellt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Verringerung der Materialdicke der Montageplatte (10) durch einen Querschnitt mit zwei oder mehreren Rillen (17) dargestellt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachgiebigkeit der Abstände der Öffnungen (12) durch eine Verringerung der Materialdicke zwischen den Öffnungen (12) der Montageplatte (10) dargestellt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachgiebigkeit der Abstände der Öffnungen (12) durch eine Verringerung der Materialdicke in den Bereichen zwischen den Öffnungen (12) der Montageplatte (10) und den wellenartigen Rändern (11) der Montageplatte (10) dargestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1-22, mit einer Klebeverbindung (1) für metallische Flachrohrenden (2) in korrespondierende Öffnungen (4) von Sammelkästen (5) des Wärmetauschers, bei dem ein Silikonkleber in je einen Ringraum (6) zwischen den Flachrohrenden (2) und den Öffnungen (4) eingebracht wird, wobei der Silikonkleber im Wesentlichen nicht in Kontakt mit dem durch den Wärmetauscher strömenden Medium ist,
wobei die Ringräume (6) mit einem einen Speichermodul im Wertebereich zwischen etwa 0,1 - 3,0 MPa aufweisenden Silikonkleber (SK) vom additionsvernetzenden Typ mittels einer Montageplatte (10) befüllt und verschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringräume (6) etwa zu 60 - 95 % ihres Volumens mit dem Silikonkleber (SK) ausgefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine dosierte Menge des Silikonklebers (SK) zuvor auf die Montageplatte (10) aufgetragen und durch die Zusammenführung von Montageplatte (10) mit dem Sammelkasten (5) in die Ringräume (6) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (10) einen aufgerichteten Rand (11) aufweist, der so hoch ist, dass der Rand (11) beim Zusammenführen der Montageplatte (6) mit dem Sammelkasten (5) zunächst in einen korrespondierenden Schlitz (50) im Sammelkasten (5) eingeführt wird, bevor das Eindrücken des Silikonklebers (SK) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass dem Silikonkleber zuvor ein Katalysator beigemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachrohrenden (2) zuvor beispielsweise von Lötflussmitteln befreit werden, um einen direkten metallischen Kontakt des Silikonklebers (SK) zu gewährleisten.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Silikonkleber (SK) entweder aus einer Komponente besteht oder zuvor aus wenigstens zwei Komponenten zur Anwendung gemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung bzw. der Wärmetauscher einer Temperatur von etwa 80 - 180°C über einen Zeitraum von 1 - 60 Minuten ausgesetzt wird, um den Silikonkleber (SK) aushärten zu lassen.