KR20010026061A - 알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법에 관한 것으로, 특히 압출재 알루미늄 튜브를 이용하여 제조하는 오일 쿨러를 제조함에 있어서, 용접접합이 없이 알루미늄 튜브와 벤딩 및 기계적 접합에 의해서만 쿨러를 제조토록 함으로써, 종래의 쿨러보다 경제적이고 안정된 쿨러를 제공하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법에 관한 것이다.

Description

알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법{Manufacturing Method for Automotive Oil Cooler using Aluminum Tube}

본 발명은 알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법에 관한 것으로, 특히 압출재 알루미늄 튜브를 이용하여 제조하는 오일 쿨러를 제조함에 있어서, 용접접합이 없이 알루미늄 튜브와 벤딩 및 기계적 접합에 의해서만 쿨러를 제조토록 함으로써, 종래의 쿨러보다 경제적이고 안정된 쿨러를 제공하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 자동변속기는 유압에 의해 각 마찰요소를 이동시키는데 이용되고, 각 부분의 윤활유에도 이용된다.

이 같은 오일은 변속기 하우징내에서 고속으로 회전하는 각 요소에 의해 고온으로 가열되며, 이렇게 가열된 오일은 쿨링 시스템을 거치면서 냉각된 후 재사용 하게 된다.

그리고, 자동 변속기 오일의 냉각 장치는 2가지가 있는데, 첫번째는 수냉식으로 라디에이터 내에서 냉각수에 의해 냉각되는 부분이 있고, 두번째는 공냉식으로 라디에이터를 축소해 놓은 것 같은 오일 쿨러에 의해 냉각이 되게 된다.

여기서, 소형차의 경우는 라디에이터에서 수냉 하는 것으로 냉각을 끝내는 경우가 많고 중 대형차 및 상용차의 경우는 수냉에 더불어 오일 쿨러에서 공냉까지 하는 경우가 많다.

한편, 현재 사용되고 있는 오일 쿨러는 알루미늄 판재를 접어서 용접된 제품으로 라디에이터를 축소한 것과 유사한 형태로 되어 있는바,

도 1은 기존 쿨러의 경우로써, 오일의 흐름을 나누어 준 후 그 흐름 사이에 알루미늄 판재를 접어 핀(10)을 만들어 주어 냉각 성능을 확보하고 있는 것을 도시하고 있다.

즉, 종래의 자동차용 열 교환기들은 주로 알루미늄 판재를 접어 만든 핀(10)을 냉매나 냉각수가 흐르는 관(20) 사이에 용접하여 제조하였다.

이러한 방식으로 제조하는 부품은 라디에이터, 에어컨용 콘덴서, 이베퍼레이터 등을 들 수 있다.

이때, 대개의 경우 열 교환기 내부를 흐르는 매체는 제조불량이나 사고로 인한 누설발생시 큰 위험은 없는 것들이다.

그러나, 오일 쿨러의 경우 자동 변속기 오일이 발화성이 큰 물질이므로 누설발생시 대형사고의 위험이 있다.

또한, 기존 제품의 경우 제품 전체가 용접접합에 의해 접합되기 때문에 한번 설계가 결정되면 그 설계를 변경하기가 어려운 문제점이 있으며, 각각의 차종마다 다른 냉각 특성과 차량 레이 아웃이 요구되기 때문에 설계의 자유도가 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결코자 하는 것으로, 본 발명에서도 공기와의 접촉면적을 늘려 주기위해 핀을 사용하였으나, 접합 방식은 가격이 비싸고 불량율이 높은 종래의 용접접합 방법을 사용하지 않고 그 대신에 기계적으로 튜브를 확관하는 방식을 이용하는 것을 그 목적으로 한다.

즉, 튜브의 경우 쿨러의 입구에서 출구까지의 에어의 흐름이 하나로 이루어져 있어 냉각 효율이 떨어질 수 있기 때문에, 이를 막기 위해 튜브 내부에 유체의 흐름을 나누어 주고 또한 오일과 튜브의 접촉 면적을 늘리기 위해 특별한 구조물을 만들어 주는 방법으로 냉각 성능을 보안한 것이다.

도 1은 종래의 오일쿨러 개략도.

도 2는 본 발명에 있어서 핀이 있는 오일 쿨러의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 방열핀

20: 냉각수 관

30: 알루미늄 튜브

40: 핀

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미늄제 튜브로 쿨러를 제조하는 것으로써, 본 발명에 사용되는 알루미늄은 열전도율이 높아(스틸재의 약 3배) 방열 특성이 우수하고 구리 등에 비해 비교적 가격이 저렴하기 때문에 쿨러로 사용하기 적합하고, 또한 중량이 가볍기 때문에 경량화 측면에서도 상당히 유리하다.

그리고, 알루미늄 튜브는 압출 및 인발공정을 통하여 만들어 지는바, 압출 공정만 실시하여 튜브를 제조할 수 있고, 치수 정밀도나 기계적 특성을 향상시키기 위해서 압출 후 인발 공정까지 실시하여 제조할 수도 있다.

즉, 본 발명은 압출 또는 압출 및 인발 공정에 의해 알루미늄 튜브를 제조하는 단계와;

튜브를 밴딩하는 단계와;

알루미늄 판재를 프레싱하여 핀을 제조하여, 밴딩된 알루미늄 튜브 외부에 핀을 끼우는 단계와;

알루미늄 튜브 내부에 주조용 심축(mandrel)을 삽입하여 기계적으로 확관시켜 결합하는 단계와;

튜브 내부에 오일의 흐름을 교란시키고 방열면적을 늘리기 위한 내부 구조물을 삽입하는 단계와;

튜브의 외경을 줄이고 호스 또는 다른 튜브와의 연결을 위해 끝부분을 포밍(forming)하는 단계로 제조된다.

상기의 오일 쿨러 튜브로 적합한 알루미늄 합금 재질은 1000계열(순 알루미늄), 3000계열(Al-Mn), 6000계열(Al-Mg-Si)등이 있다.

1000계열의 경우는 기계적 특성은 다소 떨어지나 내식성이 비교적 우수하고 가공성이 우수하여 자동차 에어컨 라인등에 많이 사용되고 있다.

도 2는 본 발명의 구성도로써, 도시한 바와같이 본 발명에서는 기존 쿨러에서 문제가 되는 연결 부위를 없애기 위해 오일이 지나가는 통로는 1개의 튜브(30)로 이루어져 있는 대신에 튜브 내에 구조물을 삽입하여 오일과 튜브의 접촉 면적을 늘리고 오일의 흐름을 나누어 주도록 하였다.

여기서, 구조물의 형상은 여러 가지가 가능하나 튜브의 내벽에 밀착할 수 있고, 접촉면적을 늘릴 수 있는 구조 이어야 하며, 구조물의 재질은 전위차 부식을 막고 중량 및 내식성 등을 감안할때 튜브의 재질과 같은 알루미늄 및 그 합금이 적당하다.

그리고, 내부 구조물의 제조방법은 압출, 인발 공정에 의한 것도 가능하고, 판재를 절곡 및 접합하여 제조하는 것도 가능하다.

또한, 기존 제품에서 원가 및 제조 공정상 문제가 있는 용접 접합 공정을 삭제하기 위해 튜브(30)에 핀(40)을 부착하는 방식을 선택하였다.

먼저, 튜브(30)에 핀(40)을 조립한 후 튜브를 확관하여 튜브와 핀이 기계적으로 접합한다.

이 방법을 사용하면 튜브(30)와 핀의 연결부위가 리크(leak)될 가능성을 크게 줄일 수 있게 된다.

또한, 용접접합을 하는 경우 온도를 500℃ 이상으로 올리기 때문에 알루미늄 재질이 연화되어 강도가 크게 저하되게 되는데, 본 발명의 제조 방법을 사용하면 각 차종마다 자동 변속기 오일의 요구 냉각 특성 및 장착 공간에 차이가 있기 때문에 필요한 방열량에 맞추어 튜브의 길이와 핀의 개수 핀 사이의 거리, 내부 구조물 등을 결정하여 쿨러를 제조할 수 있다.

본 발명의 방법을 이용하여 제작된 쿨러와 기존의 용접접합 타입의 쿨러와 특성을 비교하면 다음과 같다.

비교방법은 현재 시판중인 1개 차종을 선정하여 기존 쿨러와 동등 이상의 방열 특성을 갖도록 새로운 방식으로 쿨러를 설계하며, 본 발명을 제작시 A3003재질의 알루미늄 튜브에 A1050 판재로 제작된 핀을 끼운후 약 5%정도 확관하여 접합시켰다.

기존의 용접접합에 의해 제조된 쿨러와 일반 알루미늄 튜브, 본 발명에서 고안한 쿨러(튜브 ＆ 핀타입 쿨러)를 제작하여 각각의 냉각 특성을 테스트 해 보았다.

테스트 시스템은 실제 자동차를 가상하여 히터를 이용, 인위적으로 오일의 온도를 올린 후 순환시키고, 자동차의 라디에이터 팬을 가동시켜 냉각을 시키는 방식을 사용하였다.

유속 71/min, 외부풍속 8m/sec, 입구온도 110℃의 테스트 조건에서 기존의 쿨러는 입구와 출구에서 6.5℃정도의 온도 차를 나타내었다.

동일 조건에서 튜브는 3 - 4℃를 나타내었고, 튜브 ＆ 핀 타입 쿨러는 7.5℃ 정도의 온도차가 나타났다.

이 결과에서 볼때 튜브 ＆ 핀 타입 쿨러의 경우 충분히 기존 쿨러를 대체할 수 있다고 판단된다.

신규 제작된 쿨러의 경우 중량이 470g으로 기준 쿨러의 440g보다 다소 무거우나 냉각 성능이 10% 이상 높기 때문에 최적화 설계를 할 경우 기존 제품과 동등한 특성을 갖고 중량은 가벼운 제품이 가능하다고 판단된다.

또한, 기존 제품의 경우 제품 전체가 용접접합에 의해 접합되어 있기 때문에 한번 설계가 결정되면 그 설계를 변경하기가 어려워 각각의 차종마다 다른 냉각 특성과 차량 레이 아웃이 요구되기 때문에 설계의 자유도가 떨어지는 단점이 있다.

그러나, 본 발명으로 제조되는 쿨러는 요구되는 냉각 특성이 달라지는 경우 핀의 갯수나 내부 구조물을 변경하면 쉽게 냉각 성능을 변화시킬 수 있기 때문에 기존 제품에 비해 설계의 자유도를 높일 수 있다는 장점도 가지고 있다.

상술한 바와같이 용접접합이 없이 알루미늄 튜브와 벤딩 및 기계적 접합에 의해서만 쿨러를 제조토록 함으로써, 종래의 쿨러보다 경제적이고 안정된 쿨러를 제공하는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 압출 또는 압출 및 인발 공정에 의해 알루미늄 튜브를 제조하는 단계와;

   튜브를 밴딩하는 단계와;

   알루미늄 판재를 프레싱하여 핀을 제조하여, 밴딩된 알루미늄 튜브 외부에 핀을 끼우는 단계와;

   알루미늄 튜브 내부에 주조용 심축(mandrel)을 삽입하여 기계적으로 확관시켜 결합하는 단계와;

   튜브 내부에 오일의 흐름을 교란시키고 방열면적을 늘리기 위한 내부 구조물을 삽입하는 단계와;

   튜브의 외경을 줄이고 호스 또는 다른 튜브와의 연결을 위해 끝부분을 포밍(forming)하는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 튜브를 이용한 자동차용 오일 쿨러 제조방법.