WO2017021152A1 - Verfahren zum herstellen eines stapelscheibenkühlers und stapelscheibenkühler - Google Patents

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WO2017021152A1
WO2017021152A1 PCT/EP2016/067305 EP2016067305W WO2017021152A1 WO 2017021152 A1 WO2017021152 A1 WO 2017021152A1 EP 2016067305 W EP2016067305 W EP 2016067305W WO 2017021152 A1 WO2017021152 A1 WO 2017021152A1
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component
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Thomas Schiehlen
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Mahle International GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/02—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • F28F2275/025—Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials by using adhesives

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a stacked disc radiator having a first component and at least one second component connected to the first component.
  • the invention further relates to such a stacked disc radiator.
  • Lithium-ion battery cells absolutely require cooling for operation with ever-increasing power levels and simultaneous space and component reduction. So far, this air cooling was sufficient, now a liquid cooling is required for these components.
  • This cooling is usually shown in the form of a cooling plate.
  • the cooling plate can be operated either with water glysantin or with a refrigerant, for example R134a or R1234yf.
  • a refrigerant for example R134a or R1234yf.
  • the cooling of the coolant required for this purpose can be done via the existing vehicle circuit or with additional lowering of the cooling temperature with the help of the air conditioning circuit.
  • Refrigeration modules for the refrigerant application and the coolant application have been manufactured for decades, the production of which is commonly carried out with materials that are suitable for a soldering, for example, stainless steel, copper or aluminum. These materials are coated with solder as semi-finished products.
  • the solder cladding of the semi-finished products consists of a layer of material which has a lower melting point than the base material.
  • fluxes are needed, which break up or dissolve the oxide layer located outside.
  • fluxes have the disadvantage that they are harmful to health, in addition, residues may remain on the components, which have a negative effect on the required component purity.
  • the soldering can also usefully connect only similar materials with each other, for example, to accommodate thermal elongations or not even let them arise. Similarly, from a corrosion point of view, there should be no potential differences between different materials.
  • soldering can then be successful if different boundary conditions are met as follows: degreasing the parts (currently PER), stacking and clamping the solder-plated semi-finished products, brazing in the oven at around 650 ° C for several hours, tightness testing of the parts and if necessary Re-solder if the parts should be leaking.
  • degreasing the parts currently PER
  • stacking and clamping the solder-plated semi-finished products brazing in the oven at around 650 ° C for several hours
  • tightness testing of the parts and if necessary Re-solder if the parts should be leaking.
  • the disadvantage here is that this process is very time, cost and resource intensive, which has a negative impact on the carbon footprint.
  • Stapelaminkühlern For the construction of Stapelaminkühlern, currently solder-plated sheets are stacked with the appropriate blank, stacked, cassetted, braced and then soldered in the oven. For the bracing in the brazing furnace elaborately produced solder racks must be kept. These Stapelaminkühler, consist of at least one base plate, at least one stacking disc and at least a cover plate.
  • the soldering time of a cooler is several hours, depending on the component size. In addition, the soldering temperature is about 600 ° C, which means a huge amount of energy over the stated period of time. Whether the soldering has worked, is also recognizable only after hours and high energy expenditure.
  • the disadvantage of such stack disc coolers is that their production is very cost and resource intensive and polluting. In addition, only a limited number of materials or materials are suitable for soldering, the components must be made of similar or similar materials in order to achieve a reliable soldering. In particular, components made of different materials can not
  • the present invention therefore deals with the problem of providing improved or at least other embodiments for a method for producing a stacked disc radiator and for such a stacked disc radiator, which are characterized in particular by a more economical production and / or a more flexible design of the stacked disc radiator.
  • the present invention is based on the basic idea of thermally bonding two components of a stacked disc cooler together for the first time, wherein for this purpose an adhesive layer is used which is applied to at least one of the components by laminating and heated to connect the components and pressurized. Due to the thermal bonding of the components can be dispensed with a solder joint between the components. Accordingly, the connection of the components with fewer resources, both materially and energetically takes place.
  • an adhesive layer is applied by laminating on at least one of the connecting regions, and then at least two components are applied via their associated components. Bonding areas arranged together. As a result, the simplest possible application of the adhesive layer on the connection area is possible.
  • the inventive method it is possible to apply very thin adhesive layers, so that the required amount of adhesive can be significantly reduced. Furthermore, eliminates a long and very high heating of the components, so that energy can be saved. Overall, the production of the stacked disc cooler is thus more economical and / or cheaper. In addition, the thermal bonding of the components allows to connect components made of different materials with each other. As a result, a much more flexible realization of the stacked disc cooler is possible.
  • the stacked disc cooler has the bonded components.
  • the components are connected to one another via associated connection regions, the adhesive layer being applied to at least one of the connection regions.
  • a first component and at least one second component of the stacked-plate radiator each have at least one connection region, the adhesive layer being applied to at least one of the connection regions.
  • the associated connection areas of the components are arranged against each other, pressed against each other and heated the adhesive layer for connecting the components. The heating of the adhesive layer can take place before or after the arrangement of the associated connection areas.
  • the heating of the adhesive layer preferably leads to a change in shape and / or structure of the adhesive layer, which allows and / or facilitates a connection of the components or connecting regions of the components.
  • Change in the adhesive layer is, for example, softening and / or melting and / or expansion and / or curing of the adhesive layer.
  • the connection between the associated connection regions by means of the adhesive layer preferably reaches a stable state after the adhesive layer cools down after the heating. This is especially the case when the adhesive layer hardens.
  • the joining of the components by means of thermal bonding has the further advantage that the components of the stacked disc radiator can be easily separated from one another, if necessary, and / or without residues of the adhesive layer.
  • This is advantageously done by heating the adhesive layer again, wherein the heating of the adhesive layer takes place in such a way that the adhesive layer can be separated from at least one of the components. In this way, it is particularly possible to simply and cleanly disassemble the stacked disc cooler after its lifetime in its individual parts and thereby better to recycle.
  • the adhesive layer is basically designed arbitrarily.
  • the adhesive layer is realized by the application of an adhesive film or an adhesive film on the connection region.
  • an existing adhesive layer is applied to the connection area.
  • the connection area is reliably and tightly provided with the adhesive layer.
  • the adhesive layer comprises at least one adhesive which requires a temperature of between 80 ° C and 300 ° C for curing to bond the associated connection areas.
  • adhesives are Makrofol ®, Bayfol R , Kleberit 701 .1 - 701 .9 and the like.
  • the adhesive layer advantageously has an adhesive which has thermoplastic properties. That is, the adhesive may deform above an adhesive specific temperature, which preferably corresponds to the temperature of heating the adhesive layer to bond the components.
  • the stack disc radiator can be configured as desired, provided that it is used to control the temperature of an object or a fluid.
  • the stacked-plate radiator can thus be designed, for example, as a heat exchanger, for example as a chiller, through which at least one fluid can flow. It is also conceivable to design the stacked plate radiator as a radiator, wherein the stacked plate radiator may be designed, for example, as an engine radiator, intercooler or oil cooler.
  • the plate is pressed onto at least one of the components in such a way that the components are thereby pressed against one another.
  • the use of the plate allows several components to be pressurized simultaneously. This means that more than two components of such a stacked disc radiator are printed against each other with the contact pressure and / or that components of different stacked disc radiator are pressed against each other simultaneously.
  • the plate or the frame is also used in advantageous variants for heating the adhesive layer. The heating of the adhesive layer can also be done in any other way. It is possible, for example, to heat the adhesive layer in an oven.
  • heating the adhesive layer in an oven makes it possible to carry out other method steps for joining the components or producing the stacked-plate radiator in the furnace.
  • the inventive method also makes it possible to connect several second components with the same adhesive layer with each other or with the first component.
  • the cost of producing the Stapelaminkühlers is significantly reduced.
  • the measures and / or resources required for connecting a plurality of components together are reduced.
  • the adhesive layer can be cooled after heating and after pressing the components against each other.
  • This cooling can be realized in any way. For example, cooling can be achieved by limiting the heating of the adhesive layer over time. The cooling can also be done actively by guiding or placing the components in a reduced temperature environment. Furthermore, it is conceivable to reduce the ambient temperature of the components or the adhesive layer. Also, a targeted cooling of the adhesive layer can take place in that a cooling device is brought into contact with the components or the adhesive layer.
  • the advantages of the stacked disc radiator according to the invention and its production method are in a simpler and less expensive design.
  • this method as is generally known in gluing, a wide variety of materials, with different coefficients of thermal expansion and corrosion potential, can be combined, with extremely thin layer thicknesses at the same time.
  • the processing of copper material as a functional surface for the soldering or sintering of electronic components is required again and again for the electronics cooling.
  • this processing is not possible with current brazing furnaces because contamination by the processed copper leads to corrosion on the aluminum components.
  • the adhesive layer ensures high thermal conductivity, which is particularly advantageous in the case of stacked disc radiators.
  • the required high tightness which usually results only in welded or soldered components, ensured.
  • the bond is much cheaper than, for example, epoxy or silicone adhesive.
  • a bead application of the adhesive would have a much higher material requirement than is necessary. This saves material, resources and ultimately costs.
  • the laminated adhesive layer takes only about 3 minutes under a corresponding heated device for the bonding of the items, which applies the pressure for the said time.
  • FIG. 1 individual process steps of a method according to the invention for
  • Fig. 3 is an exploded view of a Stapelaturnkühlers invention.
  • connection regions 4, 5 can here in particular border areas, but also include a fluid field, which is equipped with dimples (turbulence structures), which are used for flow formation.
  • the first and second component 2, 3 may be used, for example a base plate 6 (cf., Fig. 3), one or more stacking disks 7, and a cover plate 8.
  • an adhesive layer 9 is now initially applied in a method step a) on at least one of the connecting regions 4, 5 by laminating an adhesive. film 10 or an adhesive film 1 1 applied, which takes place for example by a heated roller 12 (see FIG. Following this, the components 2, 3 to be bonded are reshaped so that a fluid field is created and the connection regions are formed. Subsequently, the two components 2, 3 to be bonded together in method step b) are arranged in the region of their connecting regions 4, 5, then heated in method step c) at least in the region of the adhesive layer 9 and with a contact pressure between 0.1 N / mm 2 and 0.7 N / mm 2 against each other to be pressed. This can be done, for example, via corresponding frames 13 'or plates 13 (see FIG. 3).
  • step c) the adhesive layer 9 is usually heated to a temperature between 80 ° C and 300 ° C, and usually for only 3 to 10 min., which is already sufficient for activation and curing of the adhesive layer 9, so that the process as a whole can be performed much faster and therefore cheaper than previous soldering.
  • the individual components 2, 3 for the stacked disc radiator 1 can thereby be inexpensively manufactured by first a band steel plate 14 is provided over the entire surface by laminating an adhesive film 10 or an adhesive film 1 1 with an adhesive layer 9, whereupon then from the laminated band steel plate 14 as a first or second component 2, 3 formed base plate 6, stacking disk 7 or cover plate 8 is punched out. Since the adhesive layer 9 is usually applied with a layer thickness between 5 ⁇ and 500 ⁇ , this can be applied extremely thin and thus conserve resources. Due to the very small layer thickness, the high thermal conductivity of the base material can also be obtained, which is of great advantage, in particular in the case of stacked disc radiators 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stapelscheibenkühlers (1), der ein erstes Bauteil (2) sowie zumindest ein zweites Bauteil (3) aufweist, wobei das erste Bauteil (2) und das zweite Bauteil (3) jeweils wenigstens einen Verbindungsbereich (4, 5) aufweisen und über die Verbindungsbereiche (4, 5) miteinander verbunden werden, wobei a) auf wenigstens einem der Verbindungsbereiche (4, 5) eine Klebeschicht (9) durch ein Kaschieren einer Klebefolie (10) oder eines Klebefilms (11) aufgebracht ist, b) zumindest zwei Bauteile (2, 3) über zugehörige Verbindungsbereiche (4, 5) der Bauteile (2, 3) aneinander angeordnet werden, c) zumindest zwei Bauteile (2, 3) zum Verkleben zumindest im Bereich der Klebeschicht (9) erhitzt und mit einem Anpressdruck zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 gegen einander gedrückt werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen durch ein solches Verfahren hergestellten Stapelscheibenkühler (1).

Description

Verfahren zum Herstellen eines Stapelscheibenkühlers und Stapelscheibenkühler
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stapelscheibenkühlers, der ein erstes Bauteil und zumindest ein mit dem ersten Bauteil verbundenes zweites Bauteil aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen solchen Stapelscheibenkühler.
Lithium-Ionen Batteriezellen benötigen für den Betrieb mit immer größer werdenden Leistungen und gleichzeitiger Bauraum- und Bauteilreduzierung zwingend eine Kühlung. Bisher war hierfür eine Luftkühlung ausreichend, nunmehr ist auch für diese Bauteile eine Flüssigkeitskühlung erforderlich. Diese Kühlung wird meist in Form einer Kühlplatte dargestellt. Die Kühlplatte kann entweder mit Wasser- Glysantin oder mit einem Kältemittel, beispielsweise R134a oder R1234yf betrieben werden. In der Kühlplatte wird durch die Durchführung des entsprechenden Fluides Verlustwärme, die bei der Ladung der Batteriezellen oder beim Schalten von hohen Strömen entsteht, abgeführt. Dadurch lassen sich höhere Entlade- und Laderaten für die Batteriezellen oder höhere Ströme in den Leistungselektronikkomponenten schalten. Die Kühlung des hierfür erforderlichen Kühlmittels kann über den bereits bestehenden Fahrzeugkreislauf erfolgen oder aber mit zusätzlicher Absenkung der Kühlungstemperatur mit Hilfe des Klimakreislaufes.
Dabei werden bereits seit Jahrzenten Kühlmodule für die Kältemittelanwendung und die Kühlmittelanwendung gefertigt, deren Fertigung gemeinhin mit Werkstoffen erfolgt, die sich für eine Verlötung eignen, beispielsweise Edelstahl, Kupfer oder Aluminium. Diese Werkstoffe sind als Halbzeuge mit Lot beschichtet. Die Lotplattierung der Halbzeuge besteht aus einer Materialschicht, die einen niedrigeren Schmelzpunkt, als das Grundmaterial aufweist. Zur Verlötung werden die Teile verspannt und anschließend im Ofen unter einer Temperatur, die nahe an den Schmelzpunkt des Grundmaterials heranreicht verlötet. Hierzu sind unteranderem beispielsweise Flussmittel von Nöten, die die außen befindliche Oxidschicht aufbrechen bzw. lösen. Flussmittel besitzen jedoch den Nachteil, dass sie gesundheitsschädlich sind, zudem können Rückstände auf den Bauteilen verbleiben, die sich negativ auf die geforderte Bauteilreinheit auswirken. Die Verlötung kann außerdem sinnvollerweise nur artgleiche Materialien miteinander verbinden, um beispielsweise thermische Längendehnungen aufzunehmen oder diese erst gar nicht entstehen zu lassen. Ebenso sollten aus korrosionstechnischer Sicht keine Potentialunterschiede zwischen unterschiedlichen Materialien vorhanden sein.
Die Verlötung kann dann erfolgreich verlaufen, wenn verschiedene Randbedingungen, wie folgt eingehalten werden: Entfetten der Teile (derzeit mit PER), Stapeln und Verspannen der lotplattierten Halbzeuge, Löten im Ofen bei um die 650 °C für mehrere Stunden, Dichtprüfen der Teile und ggf. Nachlöten, wenn die Teile undicht sein sollten. Nachteilig dabei ist jedoch, dass dieser Prozess sehr zeit-, kosten- und ressourcenintensiv ist, was sich negativ auf die CO2-Bilanz auswirkt.
Für den Aufbau von Stapelscheibenkühlern, werden derzeit lotplattierte Bleche mit dem entsprechenden Zuschnitt übereinander gestapelt, kassettiert, verspannt und anschließend im Ofen gelötet. Für die Verspannung im Lötofen müssen aufwändig erstellte Lötgestelle vorgehalten werden. Diese Stapelscheibenkühler, bestehen aus mindestens einem Grundblech, mindestens einer Stapelscheibe und mindestens aus einem Deckblech. Die Lötdauer eines Kühlers beträgt je nach Bauteilgröße mehrere Stunden. Zudem liegt die Löttemperatur bei ca. 600 °C, was einen enormen Energieaufwand über die genannte Zeitdauer bedeutet. Ob die Lötung funktioniert hat, ist zudem erst nach Stunden und hohem Energieaufwand zu erkennen. Nachteilig bei solchen Stapelscheibenkühlern ist also, dass ihre Herstellung sehr kosten- und ressourcenintensiv sowie umweltbelastend ist. Darüber hinaus eignen sich lediglich eine begrenzte Anzahl von Werkstoffen bzw. Materialien zum Verlöten, wobei die Bauteile aus gleichartigen bzw. ähnlichen Materialien hergestellt sein müssen, um eine zuverlässige Verlötung zu erreichen. Insbesondere können Bauteile aus unterschiedlichen Materialien nicht oder nicht in erforderlicher Qualität miteinander verbunden werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren zum Herstellen eines Stapelscheibenkühlers sowie für einen solchen Stapelscheibenkühler verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine wirtschaftlichere Herstellung und/oder eine flexiblere Ausgestaltung des Stapelscheibenkühlers auszeichnen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, erstmals zwei Bauteile eines Stapelscheibenkühlers thermisch miteinander zu verkleben, wobei hierzu eine Klebeschicht zum Einsatz kommt, die auf wenigstens einem der Bauteile durch Kaschieren aufgebracht und zum Verbinden der Bauteile erhitzt und unter Druck gesetzt wird. Durch das thermische Kleben der Bauteile kann auf eine Lötverbindung zwischen den Bauteilen verzichtet werden. Dementsprechend erfolgt das Verbinden der Bauteile mit weniger Ressourcen, sowohl materiell als auch energetisch betrachtet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf wenigstens einem der Verbindungsbereiche durch Kaschieren eine Klebeschicht aufgebracht und danach werden zumindest zwei Bauteile über ihre zugehörigen Ver- bindungsbereiche aneinander angeordnet. Hierdurch ist ein möglichst einfaches Aufbringen der Klebeschicht auf den Verbindungsbereich möglich. Anschließend werden zumindest zwei Bauteile zum Verkleben zumindest im Bereich der Klebeschicht erhitzt und mit einem Anpressdruck zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 gegen einander gedrückt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, sehr dünne Klebeschichten aufzubringen, so dass die benötigte Menge an Klebemittel erheblich reduziert werden kann. Des Weiteren entfällt ein langes und sehr hohes Erhitzen der Bauteile, so dass Energie eingespart werden kann. Insgesamt erfolgt die Herstellung des Stapelscheibenkühlers somit wirtschaftlicher und/oder kostengünstiger. Darüber hinaus erlaubt das thermische Kleben der Bauteile, Bauteile aus unterschiedlichen Materialien miteinander zu verbinden. In der Folge ist eine deutlich flexiblere Realisierung des Stapelscheibenkühlers möglich.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weist der Stapelscheibenkühler die verklebten Bauteile auf. Die Bauteile werden hierbei über zugehörige Verbindungsbereiche miteinander verbunden, wobei auf wenigstens einem der Verbindungsbereiche die Klebeschicht aufgebracht wird. Das heißt, dass ein erstes Bauteil und zumindest ein zweites Bauteil des Stapelscheibenkühlers jeweils wenigstens einen Verbindungsbereich aufweisen, wobei auf wenigstens einem der Verbindungsbereiche die Klebeschicht aufgebracht wird. Anschließend werden die zugehörigen Verbindungsbereiche der Bauteile aneinander angeordnet, gegeneinander gedrückt und die Klebeschicht zum Verbinden der Bauteile erhitzt. Das Erhitzen der Klebeschicht kann dabei vor dem Anordnen der zugehörigen Verbindungsbereiche aneinander oder danach erfolgen.
Das Erhitzen der Klebeschicht führt vorzugsweise zu einer Formänderung und/oder Strukturänderung der Klebeschicht, die ein Verbinden der Bauteile bzw. Verbindungsbereiche der Bauteile ermöglicht und/oder erleichtert. Eine solche Veränderung der Klebeschicht ist beispielsweise ein Aufweichen und/oder ein Schmelzen und/oder ein Ausdehnen und/oder eine Härtung der Klebeschicht Die Verbindung zwischen den zugehörigen Verbindungsbereichen mittels der Klebeschicht erreicht vorzugsweise einen stabilen Zustand, nachdem die Klebeschicht im Anschluss an das Erhitzen abkühlt. Dies ist insbesondere dann der Fall sein, wenn die Klebeschicht aushärtet.
Das Verbinden der Bauteile mittels des thermischen Klebens hat weiterhin den Vorteil, dass die Bauteile des Stapelscheibenkühlers bei Bedarf einfach und/oder ohne Rückstände der Klebeschicht voneinander getrennt werden können. Dies erfolgt vorteilhaft dadurch, dass die Klebeschicht erneut erhitzt wird, wobei das Erhitzen der Klebeschicht derart erfolgt, dass die Klebeschicht von zumindest einem der Bauteile getrennt werden kann. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, den Stapelscheibenkühler nach Ablauf seiner Lebensdauer einfach und sauber in seine Einzelteile zu zerlegen und dadurch besser zu recyceln.
Die Klebeschicht ist grundsätzlich beliebig ausgestaltet. Vorteilhaft ist die Klebeschicht durch das Aufbringen einer Klebefolie bzw. eines Klebefilms auf den Verbindungsbereich realisiert. Beim Aufbringen der Klebefolie wird also eine bereits vorhandene Klebeschicht auf den Verbindungsbereich aufgebracht. Hierzu wird der Verbindungsbereich zuverlässig und dicht mit der Klebeschicht versehen. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise bei der Großproduktion, große Verbindungsbereiche und/oder viele Verbindungsbereiche einfach und effektiv mit der Klebeschicht durch ein vollflächiges Kaschieren eine Bandstahlbleches zu versehen, aus welchem nachfolgen die einzelnen Bauteile gestanzt werden.
Die Klebeschicht weist zumindest ein Klebemittel auf, das zum Aushärten eine Temperatur zwischen 80 °C und 300 °C erfordert, um die zugehörigen Verbindungsbereiche zu verbinden. Beispiele für solche Klebemittel sind Makrofol®, Bayfol R , Kleberit 701 .1 - 701 .9 und dergleichen. Die Klebeschicht weist vorteilhaft ein Klebemittel auf, das thermoplastische Eigenschaften aufweist. Das heißt, dass das Klebemittel sich oberhalb einer klebemittelspezifischen Temperatur, die vorzugsweise der Temperatur beim Erhitzen der Klebeschicht zum Verbinden der Bauteile entspricht, verformen lässt.
Der Stapelscheibenkühler kann beliebig ausgestaltet sein, sofern er zur Temperierung eines Gegenstandes bzw. eines Fluids eingesetzt wird. Der Stapelscheibenkühler kann also beispielsweise als ein Wärmetauscher, beispielsweise als Chiller, ausgestaltet sein, der von wenigstens einem Fluid durchströmbar ist. Auch ist es vorstellbar, den Stapelscheibenkühler als einen Kühler auszubilden, wobei der Stapelscheibenkühler beispielsweise als Motorkühler, Ladeluftkühler oder Ölkühler ausgestaltet sein kann.
Vorstellbar ist es, den Anpressdruck mit Hilfe einer Platte oder eines Rahmens zu realisieren. Dabei wird die Platte derart auf wenigstens eines der Bauteile gedrückt, dass die Bauteile hierdurch gegeneinander gedrückt werden. Die Verwendung der Platte erlaubt es, mehrere Bauteile gleichzeitig unter Druck zu setzen. Das heißt, dass mehr als zwei Bauteile eines solchen Stapelscheibenkühlers mit dem Anpressdruck gegeneinander gedruckt werden und/oder dass Bauteile unterschiedlicher Stapelscheibenkühler gleichzeitig gegeneinander gedrückt werden. Die Platte bzw. der Rahmen kommt bei vorteilhaften Varianten auch zum Erhitzen der Klebeschicht zum Einsatz. Das Erhitzen der Klebeschicht kann auch auf eine beliebige andere Weise erfolgen. Möglich ist es beispielsweise, die Klebeschicht in einem Ofen zu erhitzen. Das Erhitzen der Klebeschicht in einem Ofen erlaubt es insbesondere, andere Verfahrensschritte zum Verbinden der Bauteile bzw. Herstellung des Stapelscheibenkühlers im Ofen durchzuführen. Insbesondere ist es möglich, das Gegeneinanderdrücken der Bauteile zum Erzeugen des Anpressdrucks im Ofen zu realisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es zudem, mehrere zweite Bauteile mit der gleichen Klebeschicht miteinander oder mit dem ersten Bauteil zu verbinden. Hierdurch wird der Aufwand zum Herstellen des Stapelscheibenkühlers erheblich reduziert. Insbesondere werden die zum Verbinden mehrerer Bauteile miteinander erforderlichen Maßnahmen und/oder Ressourcen reduziert.
Zur Verbesserung der Verbindung der Bauteile und/oder zum Verkürzen der zum Verbinden der Bauteile benötigten Zeit, kann die Klebeschicht nach dem Erhitzen und nach dem Gegeneinanderdrücken der Bauteile gekühlt werden. Diese Kühlung kann auf beliebige Weise realisiert sein. So kann beispielsweise eine Kühlung dadurch erreicht werden, dass das Erhitzen der Klebeschicht zeitlich begrenzt wird. Die Kühlung kann auch aktiv erfolgen, indem die Bauteile in einer Umgebung mit reduzierter Temperatur geführt bzw. angeordnet werden. Ferner ist es vorstellbar, die Umgebungstemperatur der Bauteile bzw. der Klebeschicht zu reduzieren. Auch kann eine gezielte Kühlung der Klebeschicht dadurch erfolgen, dass eine Kühlvorrichtung mit den Bauteilen bzw. der Klebeschicht in Kontakt gebracht wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Stapelscheibenkühlers und dessen Herstellungsverfahrens liegen in einer einfacheren und kostengünstigeren Ausführung. Durch dieses Verfahren lassen sich wie beim Kleben allgemein bekannt, unterschiedlichste Materialien, mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und Korrosionspotential miteinander verbinden, bei gleichzeitig extrem dünnen Schichtdicken. Für die Elektronikkühlung beispielsweise ist immer wieder die Verarbeitung von Kupfermaterial, als Funktionsfläche für die Verlötung oder Sinterung von Elektronikbauteilen gefordert. Diese Verarbeitung ist aber mit derzeitigen Lötöfen nicht möglich, da Verunreinigungen durch das verarbeitete Kupfer zu Korrosion an den Aluminiumbauteilen führt. Aufgrund der dünnen Dicken der Klebeschicht ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit gewährleistet, was insbesondere bei Stapelscheibenkühlern von großem Vorteil ist. Zudem ist auch die geforderte hohe Dichtigkeit, die sich meist nur bei verschweißten oder verlöteten Bauteilen ergibt, sichergestellt. Durch die geringe Dicke der Klebeschicht, insbesondere als Klebefolie, ist die Verklebung weitaus kostengünstiger, als beispielsweise Epoxy- oder Silikonkleber. Ein Raupenauftrag des Klebstoffes hätte einen weitaus höheren Materialbedarf, als hierfür notwendig ist. Dies spart somit Material, Ressourcen und damit letzten Endes Kosten. Weiterführend vereinfacht sich die Verarbeitung des Klebstoffes erheblich, da die Verarbeitung des Klebstoffes keine Maschinen (Pumpe, Düse, Ventil) erfordert, lediglich die Verpressung der Teile. Des Weiteren ergeben sich Einsparungen durch eine schnellere und einfachere Verarbeitung der Teile, insbesondere sind Aushärtezeiten im Ofen, von mehreren Stunden, für die Vernetzung, nicht erforderlich. Die kaschierte Klebeschicht benötigt nur ca. 3 Minuten unter einer entsprechenden beheizten Vorrichtung für die Verklebung der Einzelteile, die den Druck für die genannte Zeit aufbringt.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 einzelne Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Herstellen eines Stapelscheibenkühlers,
Fig. 2 einen Kaschierprozess zum Aufbringen einer Klebeschicht auf ein
Bandstahlblech,
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Stapelscheibenkühlers.
Entsprechend der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Stapelscheibenkühlers 1 mit insgesamt drei Verfahrensschritten dargestellt, wobei der Stapelscheibenkühler 1 ein erstes Bauteil sowie zumindest ein zweites Bauteil 3 umfasst und wobei das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3 jeweils wenigstens einen Verbindungsbereich 4, 5 aufweisen und über diese Verbindungsbereiche 4, 5 miteinander verbunden werden. Als Verbindungsbereiche 4, 5 können hier insbesondere Randbereiche, aber auch ein Fluidfeld zählen, welches mit Dimpel (Turbulenzstrukturen) ausgestattet ist, die der Strömungsbildung dienen.
Als erstes und zweites Bauteil 2, 3 können dabei in Frage kommen, beispielsweise eine Grundplatte 6 (vgl. Fig. 3), eine oder mehrere Stapelscheiben 7, sowie eine Deckplatte 8.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Stapelscheibenkühlers 1 wird nun zunächst in einem Verfahrensschritt a) auf wenigstens einem der Verbindungsbereiche 4, 5 eine Klebeschicht 9 durch ein Kaschieren einer Klebe- folie 10 oder eines Klebefilms 1 1 aufgebracht, welches beispielsweise durch eine beheizte Walze 12 (vgl. Fig. 2) erfolgt. Im Anschluss daran werden die zu verklebenden Bauteile 2, 3 umgeformt, so dass ein Fluidfeld entsteht und die Verbindungsbereiche ausgebildet werden. Anschließend werden die beiden miteinander zu verklebenden Bauteile 2, 3 im Verfahrensschritt b) im Bereich ihrer Verbindungsbereiche 4, 5 aneinander angeordnet, um dann im Verfahrensschritt c) zumindest im Bereich der Klebeschicht 9 erhitzt und mit einem Anpressdruck zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 gegeneinander gedrückt zu werden. Dies kann beispielsweise über entsprechende Rahmen 13' oder Platten 13 erfolgen (vgl. Fig. 3).
Im Verfahrensschritt c) wird die Klebeschicht 9 üblicherweise auf eine Temperatur zwischen 80° C und 300° C erhitzt, und das für üblicherweise lediglich 3 bis 10 Min., was bereits zu einer Aktivierung und Aushärtung der Klebeschicht 9 ausreicht, so dass das Verfahren insgesamt deutlich schneller und damit auch kostengünstiger durchgeführt werden kann als bisherige Lötverfahren.
Die einzelnen Bauteile 2, 3 für den Stapelscheibenkühler 1 können dabei kostengünstig dadurch hergestellt werden, dass zunächst ein Bandstahlblech 14 vollflächig durch Kaschieren einer Klebefolie 10 oder eines Klebefilms 1 1 mit einer Klebeschicht 9 versehen wird, woraufhin dann aus dem kaschierten Bandstahlblech 14 eine als erstes oder zweites Bauteil 2, 3 ausgebildete Grundplatte 6, Stapelscheibe 7 oder Deckplatte 8 ausgestanzt wird. Da die Klebeschicht 9 üblicherweise mit einer Schichtdicke zwischen 5 μιτι und 500 μιτι aufgebracht wird, kann diese äußerst dünn und damit ressourcenschonend aufgebracht werden. Durch die sehr geringe Schichtdicke kann zudem die hohe Wärmeleitfähigkeit des Grundmaterials erhalten werden, was insbesondere bei Stapelscheibenkühlern 1 von großem Vorteil ist. Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass sämtliche Bauteile 2, 3 aus demselben Material, beispielsweise aus Blech oder aus Stahl oder aber aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, wobei dann die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten durch eine entsprechende Anpassung der Schichtdicke der Klebeschicht 9 kompensiert werden können. Durch die elektrisch nichtleitende Klebeschicht 9 entsteht auch kein Potentialunterschied, welcher zu eventuellen Korrosionsprozessen führen könnte. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist es selbst möglich, Bauteile 2, 3 aus Kupfer miteinander bzw. mit anderen Bauteilen zu verkleben, was bei einer bisherigen Herstellungsweise in Lötöfen aufgrund der dort entstehenden Verunreinigung nicht möglich war.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Stapelscheibenkühlers (1 ), der ein erstes Bauteil (2) sowie zumindest ein zweites Bauteil (3) aufweist, wobei das erste Bauteil (2) und das zweite Bauteil (3) jeweils wenigstens einen Verbindungsbereich (4,5) aufweisen und über die Verbindungsbereiche (4,5) miteinander verbunden werden, wobei
a) auf wenigstens einem der Verbindungsbereiche (4,5) eine Klebeschicht (9) durch ein Kaschieren einer Klebefolie (10) oder eines Klebefilms
(1 1 ) aufgebracht wird,
b) zumindest zwei Bauteile (2,3) über zugehörige Verbindungsbereiche (4,5) der Bauteile (2, 3) aneinander angeordnet werden,
c) zumindest zwei Bauteile (2,3) zum Verkleben zumindest im Bereich der Klebeschicht (9) erhitzt und mit einem Anpressdruck zwischen 0,1 N/mm2 und 0,7 N/mm2 gegen einander gedrückt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klebeschicht (9) in Schritt c) auf eine Temperatur zwischen 80 °C und 300 °C erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klebeschicht (9) in Schritt c) für weniger als 10 Minuten erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als erstes und zweites Bauteil (2,3) zumindest zwei der nachfolgen- den Bauteile ausgewählt werden, Grundplatte (6), Stapelscheibe (7), Deckplatte (8).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Anpressdruck mittels eines Rahmens (13') oder einer Platte (13) aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5.
dadurch gekennzeichnet,
- dass ein Bandstahlblech (14) vollflächig durch Kaschieren einer Klebefolie (10) oder eines Klebefilms (1 1 ) mit einer Klebeschicht (9) versehen wird,
- dass aus dem kaschierten Bandstahlblech (14) eine als erstes oder zweites Bauteil (2,3) ausgebildete Grundplatte (6), eine Stapelscheibe (7) oder eine Deckplatte (8) ausgestanzt wird.
7. Stapelscheibenkühler (1 ) mit einem ersten Bauteil (2) und wenigstens einem zweiten Bauteil (3), wobei das erste Bauteil (2) und zumindest eines der zweiten Bauteile (3) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 miteinander verbunden sind.
8. Stapelscheibenkühler nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klebeschicht (9) eine Schichtdicke zwischen 5 μιτι und 500 μιτι aufweist.
9. Stapelscheibenkühler nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) und zumindest eines der zweiten Bauteile (3) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
10. Stapelscheibenkühler nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste oder das zweite Bauteil (2,3) als Grundplatte (6), als Stapelscheibe (7) oder als Deckplatte (8) ausgebildet ist.
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