WO2012019912A1 - Verfahren zur herstellung eines abgaswärmetauschers für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle, in which introduced into a prefabricated housing an exhaust gas of the motor vehicle receiving tube bundle and then soldered to the housing.
  • an exhaust gas heat exchanger consists of a housing and a tube bundle, wherein a part of the exhaust gas of an internal combustion engine is passed through the tube bundle after installation of the exhaust gas heat exchanger in the motor vehicle, which is then fed back cooled the internal combustion engine.
  • the tube bundle is inserted into the housing, wherein the composite exhaust gas heat exchanger is cassetted and braced in a soldering frame. Subsequently, the housing and the tube bundle are soldered at a temperature of approximately 1000 ° C.
  • solder racks are complex and very expensive, since they consist of a carbon fiber, ceramic or graphite plates.
  • this soldering frame must be introduced into the brazing furnace, which is why weight and mass are additionally introduced into the furnace.
  • the pre-assembled exhaust gas heat exchanger be brazed in a brazing furnace in two directions.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for producing an exhaust gas heat exchanger, in which the use of the elaborate solder racks is reduced.
  • the object is achieved in that the housing is elastically deformed by a surface engaging force, wherein the tube bundle is introduced during engagement of the force in the housing and after the positioning of the tube bundle in the housing this is relieved of the force, wherein the tube bundle is stretched inside the case.
  • This has the advantage that a joint gap is created by the compression of the housing, which increases the cross-section of the housing, so that the tube bundle can be inserted into the housing powerless. After removal of the force, the tube bundle is firmly clamped in the housing, wherein the residual stress of the housing is sufficient to fix the tube bundle firmly in the housing. This prevents the tube bundle from shifting during further processing within the housing.
  • the force acts on the, a non-rectangular cross-section having housing. Due to the non-rectangular cross-section, the generation of a joint gap is facilitated by the action of force.
  • the non-rectangular cross-section of the housing is formed by two outwardly curved sides of the housing, which face each other, wherein the force acts surface on at least one of the arched sides of the housing.
  • the targeted shaping of the housing is therefore necessary to form the joint gap, through which the tube bundle, without having to overcome mechanical resistance, is introduced in the horizontal direction into the housing.
  • the force acting on the curved surface must be chosen so that the housing is only elastically deformed, so that after the release of the force, the housing can assume its original shape again. This is particularly important because the tube bundle is then firmly positioned in the housing, which has regained its original shape, since the tube bundle then contacts the housing on its inside.
  • the cross section of the housing is approximately designed as a flat oval whose side walls connecting the two curved sides are approximately rectilinear in shape.
  • the approximately straight side walls are formed. fach shifted only in the horizontal direction, so that adjusts the joint gap along this rectilinear side walls.
  • the surface force is exerted by a press.
  • a press By means of such a press, the distribution of the force on the entire surface of the curved side of the housing can be particularly easy exercise.
  • This planar engagement ensures that the joint gap forms continuously through the entire pressurized housing parallel to the rectilinear side walls, whereby the tube bundle can be inserted into the housing without power.
  • the tube bundle is provided with a solder prior to insertion into the housing on its surface facing the interior of the housing and is soldered to the housing after discharge of the housing. Due to the tight tension of the tube bundle in the housing only one direction of soldering is necessary because less mass is introduced into the brazing furnace due to the omission of a soldering frame.
  • the housing is made of stainless steel. By using the material stainless steel to obtain a housing which due to the special shape of the cross-section as a flat oval has sufficient residual stress, which allows an elastic deformation of the housing.
  • FIG. 1 front view of an exhaust gas heat exchanger
  • FIG. 2 cross section through a housing for an exhaust gas heat exchanger
  • FIG. 3 engagement of a force in the schematic illustration according to FIG. 2
  • FIG. 4 joint edge of the exhaust gas heat exchanger according to FIG. 2.
  • the same features are identified by the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a front view of an exhaust gas heat exchanger for a motor vehicle, in particular for a truck gestgeux.
  • the housing 1 in this case has a cross section which corresponds approximately to a flat oval.
  • the upper side 2 and the lower side 3 of the housing 1, which lie opposite each other, are arched outwards.
  • The, the two curved sides 2 and 3 connecting side walls 4 and 5 are approximately straight.
  • the exhaust gas heat exchanger shown in FIG. 1 is a finished exhaust gas heat exchanger, which can be seen in particular on the tube bundle 6 which is inserted into the interior of the housing 1. This tube bundle 6 is used during operation of the motor vehicle to cool the exhaust gas emitted by an internal combustion engine, not shown, and to feed back to the engine.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through an undeformed housing 1.
  • This housing 1 is made of stainless steel and has a high residual stress due to its shape.
  • the opposing upper and lower sides 2 and 3 are arched outwards, while the side walls 4 and 5 connecting these two sides 2 and 3 are formed approximately straight.
  • the reference numeral 7 designates a force which acts on the upper side 2 of the housing 1 over the whole area.
  • This force 7 is applied to the housing 1 by a press, not shown. Due to the attacking force, which not only deforms the upper side 2 of the housing 1, but also acts on the housing 1 on the opposite lower side 3 of the housing 1, the approximately ge rade side walls 4 and 5 are moved horizontally outwards. As shown in Figure 4, this creates a joint gap 8, whereby the housing 1 widened. Due to this broadening, the tube bundle 6, without having to overcome a force to be introduced into the housing 1, since the joint gap 8 laterally sufficient space for the tube bundle 6 is present to position it within the housing 1.
  • the housing 1 when loaded with a force 7 of 17,000 N, the housing 1 is widened by 4 mm in width. In each case, a widening of the housing of 0.8 mm results for the sidewalls 4 and 5, so that a joint gap 8 of approximately 1.6 mm results. Since the housing 1 has deformed only elastically under the action of the force 7, this joint gap 8 forms again after the force 7 has been released, for which reason the tube bundle 6 is firmly fixed in the housing 1, in particular on the side walls 4 and 5. is arranged.
  • the tube bundle 6, which is inserted into the housing 1, is surrounded on the outside by a solder. After removal of the force 7, which takes place when the tube bundle 6 is sufficiently positioned in the housing 1, the housing 1 exerts a clamping force on the tube bundle 6 due to its resumed original shape, in particular with the side walls 4 and 5 that the tube bundle 6 within the housing 1 can not slip further.
  • the exhaust gas heat exchanger produced in this way is now inserted into a soldering furnace, where under the influence of ken a temperature of approximately 1,000 X, the tube bundle 6 is soldered to the housing 1 in one direction.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Abgaswärmetauschers für ein Kraftfahrzeug, bei welchem in ein vorgefertigtes Gehäuse (1) ein Abgas des Kraftfahrzeuges aufnehmendes Rohrbündel (6) befestigt wird und anschließend mit dem Gehäuse (1) verlötet wird, Um auf ein teures Lötgestell verzichten zu können, wird das Gehäuse (1) durch eine flächig angreifende Kraft (7) elastisch verformt, wobei das Rohrbündel (6) während des Angreifens der Kraft (7) in das Gehäuse (1) eingeführt wird und nach dem Positionieren des Röhrbündels (6) im Gehäuse (1) dieses von der Kraft (7) entlastet wird, wobei das Rohrbündel (6) im Inneren des Gehäuses (1) verspannt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Abgaswärmetauschere
für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abgaswärmetauschers für ein Kraftfahrzeug, bei welchem in ein vorgefertigtes Gehäuse ein Abgas des Kraftfahrzeuges aufnehmendes Rohrbündel eingeführt und anschließend mit dem Gehäuse verlötet wird. Es ist bekannt, dass ein Abgaswärmetauscher aus einem Gehäuse und einem Rohrbündel besteht, wobei durch das Rohrbündel nach dem Einbau des Abgaswärmetauschers in das Kraftfahrzeug ein Teil des Abgases eines Verbrennungsmotors geführt wird, welches dann abgekühlt wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Zur Herstellung des Abgaswärmetauschers wird das Rohrbündel in das Gehäuse eingefügt, wobei der so zusammengesetzte Abgaswärm etauscher in einem Lötgestell kassettiert und verspannt wird. Anschließend werden das Gehäuse und das Rohrbündel bei einer Temperatur von annähernd 1000°C verlötet. Die Vorspannung in einem Lötgestell ist notwendig, da infolge der thermischen Ausdehnung des Gehäuses und des Rohrbündels während des Lötprozesses diese Teile in einer gewünschten Form zueinander gehalten werden müssen. Solche Lötgestelle sind aufwändig und sehr teuer, da sie aus einer Kohlefaser, aus Keramik oder aus Graphitplatten bestehen. Außerdem muss dieses Lötgestell mit in den Lötofen eingeführt werden, weshalb zusätzlich Gewicht und Masse in den Ofen eingeführt wird. Um das Gehäuse mit dem Rohrbündel richtig zu verlöten, ist es auf Grund der Verwendung des Lötgestells notwendig, dass der vormontierte Abgaswärmetauscher in Lötofen in zwei Richtungen gelötet wird.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Abgaswärmetauschers anzugeben, bei welchem der Einsatz der aufwändigen Lötgestelle reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Gehäuse durch eine flächig angreifende Kraft elastisch verformt wird, wobei das Rohrbündel während des Angreifens der Kraft in das Gehäuse eingeführt wird und nach dem Positionieren des Rohrbündels im Gehäuse dieses von der Kraft entlastet wird, wobei das Rohrbündel im Inneren des Gehäuses gespannt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch das Zusammendrücken des Gehäuses ein Fügespalt erzeugt wird, welcher den Querschnitt des Gehäuses vergrößert, so dass das Rohrbündel kraftlos in das Gehäuse eingefügt werden kann. Nach Entfernen der Kraft ist das Rohrbündel in dem Gehäuse fest eingeklemmt, wobei die Eigenspannung des Gehäuses ausreichend ist, um das Rohrbündel fest in dem Gehäuse zu positionieren. Dadurch wird verhindert, dass sich das Rohrbündel bei der weiteren Verarbeitung innerhalb des Gehäuses verschiebt. Auf Grund dieses Vorgehens kann vollständig auf die Verwendung eines Lötgestells verzichtet werden, wodurch die Kosten für die Herstellung eines Abgaswärmetauschers während des Herstellungsprozesses erheblich reduziert werden. Darüber hinaus erfolgt auch eine Zeiteinsparung bei der Montage des Abgaswärmetauschers, da ein Montieren und Demontieren des Lötgestells entfällt. Vorteilhafterweise greift die Kraft an dem, einen nicht rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Gehäuse an. Aufgrund des nicht rechteckförmigen Querschnittes wird durch die Krafteinwirkung die Erzeugung eines Fügespaltes erl eichtert.
In einer Ausgestaltung, wird der nicht rechteckförmige Querschnitt des Ge- häuses durch zwei nach außen gewölbt ausgebildete Seiten des Gehäuses gebildet, welche einander gegenüber liegen, wobei die Kraft fl ächig an mindestens einer der gewölbt ausgebildeten Seiten des Gehäuses angreift. Durch das Angreifen der Kraft auf der gewölbten Seite des Gehäuses verschieben sich die Spannungsverhältnisse innerhalb des Gehäuses. Die ge- zielte Formgebung des Gehäuses ist daher notwendig, um den Fügespalt auszubilden, durch welchen das Rohrbündel, ohne mechanische Widerstände überwinden zu müssen, in horizontaler Richtung in das Gehäuse eingeführt wird. Die auf die gewölbte Fläche einwirkende Kraft muss dabei so gewählt werden, dass das Gehäuse lediglich elastisch verformt wird, so dass nach dem Ablassen der Kraft das Gehäuse seine ursprüngliche Form wieder einnehmen kann. Dies ist insbesondere deshalb von besonderer Bedeutung, da das Rohrbündel anschließend in dem Gehäuse, welches seine ursprüngliche Form wiedererlangt hat, fest positioniert wird, da das Rohrbündel dann das Gehäuse auf seiner Innenseite kontaktiert.
In einer Variante, bei weicher das Verfahren besonders einfach durchführbar ist, ist der Querschnitt des Gehäuses annähernd als Flachoval ausgebildet, dessen die beiden gewölbten Seiten verbindenden Seitenwände annähernd geradlinig geformt sind. Beim Angreifen der Kraft auf die gewölbte Seite des Gehäuses werden die annähernd gerade ausgebildeten Seitenwände ein- fach nur in horizontaler Richtung verschoben, so dass sich der Fügespalt entlang dieser geradlinig ausgebildeten Seitenwände einstellt.
In einer Weiterbildung wird die flächig angreifende Kraft durch eine Presse ausgeübt. Mittels einer solchen Presse lässt sich die Verteilung der Kraft auf der gesamten Oberfläche der gewölbten Seite des Gehäuses besonders einfach ausüben. Durch dieses fl ächige Angreifen wird sichergestellt, dass sich der Fügespalt durchgehend durch das gesamte unter Druck stehende Gehäuse parallel zu den geradlinig ausgebildeten Seitenwänden ausbildet, wodurch das Rohrbündel kraftlos in das Gehäuse eingefügt werden kann.
In einer besonders einfachen Ausführung ist das Rohrbündel vor dem Einführen in das Gehäuse an seiner dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Fläche mit einem Lötmittel versehen und wird nach Entlastung des Ge- häuses mit dem Gehäuse verlötet. Aufgrund der festen Verspannung des Rohrbündels im Gehäuse ist nur noch eine Lötrichtung notwendig, da aufgrund des Wegfallens eines Lötgestells weniger Masse in den Lötofen eingebracht wird. In einer weiteren Ausführungsform wird das Gehäuse aus Edelstahl hergestellt. Durch die Verwendung des Materials Edelstahl erhält man ein Gehäuse, welches aufgrund der speziellen Formgebung des Querschnittes als Flachoval eine ausreichende Eigenspannung aufweist, die eine elastische Verformung des Gehäuses zulässt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 : Frontansicht eines Abgaswärmetauschers Figur 2: Querschnitt durch ein Gehäuse für einen Abgaswärmetauscher Figur 3: Angreifen einer Kraft in der Prinzipdarstellung nach Figur 2 Figur 4: Fügestand des Abgaswärmetauschers nach Figur 2. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Figur 1 ist eine Frontansicht eines Abgaswärmetauschers für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Lkw, dargesteift. Das Gehäuse 1 weist dabei einen Querschnitt auf, welcher annähernd einem Flachoval entspricht. Die obere Seite 2 und die untere Seite 3 des Gehäuses 1 , welche sich ge- genüber liegen, sind dabei nach außen gewölbt ausgebildet. Die, die beiden gewölbten Seiten 2 und 3 verbindenden Seitenwände 4 und 5 sind dabei annähernd gerade geformt. Bei dem in Figur 1 dargestellten Abgaswärmetauscher handelt es sich um einen fertiggestellten Abgaswärmetauscher, was man insbesondere an dem Rohrbündel 6, welches in das Innere des Gehäuses 1 eingefügt ist, erkennt. Dieses Rohrbündel 6 dient im Betrieb des Kraftfahrzeuges dazu, das von einem nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotor abgegebene Abgas abzukühlen und wieder dem Verbrennungsmotor zuzuführen. Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein unverformtes Gehäuse 1 . Dieses Gehäuse 1 ist aus Edelstahl gefertigt und weist aufgrund seiner Formgebung eine hohe Eigenspannung auf. Die sich gegenüberliegende obere und untere Seite 2 und 3 sind nach außen gewölbt, während die, diese beiden Seiten 2 und 3 verbindenden Seitenwände 4 und 5 annä- hernd gerade ausgebildet sind. In Figur 3 wird durch das Bezugszeichen 7 eine Kraft gekennzeichnet, die vollflächig an der oberen Seite 2 des Gehäuses 1 angreift. Diese Kraft 7 wird dabei durch eine nicht weiter dargestellte Presse auf das Gehäuse 1 aufgebracht. Durch die angreifende Kraft, welche nicht nur die obere Seite 2 des Gehäuses 1 verformt, sondern über das Gehäuse 1 auch auf die entgegengesetzte untere Seite 3 des Gehäuses 1 wirkt, werden die annähernd ge rade ausgebildeten Seitenwände 4 und 5 horizontal nach außen verschoben. Wie in Figur 4 dargestellt ist, entsteht dadurch ein Fügespalt 8, wodurch sich das Gehäuse 1 verbreitert. Aufgrund dieser Verbreiterung kann das Rohrbündel 6, ohne eine Kraft überwinden zu müssen, in das Gehäuse 1 eingeführt werden, da durch den Fügespalt 8 seitlich ausreichend Platz für das Rohrbündel 6 vorhanden ist, um dieses innerhalb des Gehäuses 1 zu positionieren.
In einem Beispiel wird bei einer Belastung mit einer Kraft 7 von 17.000 N das Gehäuse 1 um 4 mm in seiner Breite verbreitert. Dabei entsteht zu den Seitenwänden 4 und 5 jeweils eine Verbreiterung des Gehäuses von 0,8 mm, so dass sich ein Fügespalt 8 von annähernd 1 ,6 mm ergibt. Da sich das Gehäuse 1 unter dem Einwirken der Kraft 7 lediglich elastisch verformt hat, bildet sich dieser Fügespalt 8 nach Ablassen der Kraft 7 wieder zurück, wes- halb dann das Rohrbündel 6 fest in dem Gehäuse 1 , insbesondere an den Seitenwänden 4 und 5, angeordnet ist.
Das Rohrbündel 6, welches in das Gehäuse 1 eingeführt wird, ist dabei außenseitig von einem Lötmittel umgeben. Nach dem Entfernen der Kraft 7, was erfolgt, wenn das Rohrbündel 6 in dem Gehäuse 1 ausreichend positioniert ist, übt das Gehäuse 1 aufgrund seiner wieder eingenommenen ursprünglichen Form, insbesondere mit den Seitenwänden 4 und 5, eine Spannkraft auf das Rohrbündel 6 aus, so dass das Rohrbündel 6 innerhalb des Gehäuses 1 nicht weiter verrutschen kann. Der so hergestellte Abgas- Wärmetauscher wird nun in einen Lötofen eingesetzt, wo unter dem Einwir- ken einer Temperatur von annähernd 1.000X das Rohrbündel 6 mit dem Gehäuse 1 in eine Richtung verlötet wird.

Claims

P a t e n t a n a p r ü c h e
1 . Verfahren zur Herstellung eines Abgaswärmetauschers für ein Kraftfahrzeug, bei welchem in ein vorgefertigtes Gehäuse (1) ein Abgas des Kraftfahrzeuges aufnehmendes Rohrbündel (6) eingeführt und anschließend mit dem Gehäuse (1) verlötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) durch eine flächig angreifende Kraft (7) elastisch verformt wird, wobei das Rohrbündel (6) während des Angreifens der Kraft (7) in das Gehäuse (1 ) eingeführt wird und nach dem Positionieren des Rohrbündels (6) im Gehäuse (1) dieses von der Kraft (7) entlastet wird, wobei das Rohrbün- del (6) im Inneren des Gehäuses (1 ) verspannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (7) an dem, einen nicht rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Gehäuse (1 ) angreift.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht rechteckförmige Querschnitt des Gehäuses (1 ) durch zwei nach außen gewölbt ausgebildete Seiten (2, 3) des Gehäuses (1) gebildet wird, welche einander gegenüber liegen, wobei die Kraft (7) flächig an mindestens einer der gewölbt ausgebildeten Seiten (2, 3) des Gehäuses (1 ) angreift.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Querschnitt des Gehäuses (1 ) annähernd als Flachoval ausgebildet ist, dessen die beiden gewölbten Seiten (2, 3) verbindenden Seitenwänden (4, 5) annähernd gerade geformt sind.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig angreifende Kraft (7) durch eine Presse ausgeübt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrbündel (8) vor dem Einführen in das Gehäuse (1 ) an seiner dem Innenraum des Gehäuses (1) zugewandten Fläche mit einem Lötmittel versehen wird und nach Entlastung des Gehäuses (1 ) das Rohrbündel (6) mit dem Gehäuse (1) vertötet wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) aus Edelstahl hergestellt wird.
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