WO2019096740A1 - Wärmeübertrager und zugehöriges herstellungsverfahren - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a heat transmitter according to the preamble of claim 1.
- the invention also relates to a heat exchanger produced by this method.
- a heat exchanger which is preferably used in vehicle applications, for example as a cooler for cooling charge air or for cooling recirculated exhaust gas, or as an evaporator or as a condenser übli chholder comprises a pipe network with a plurality of metal pipes for guiding a heat transfer medium.
- the metallic pipes are arranged next to each other, such that gaps are created between adjacent pipes, so that the pipes can be flowed around by the medium to be tempered in each case. In these gaps usually ribs or fins can be arranged for improved heat transfer.
- the pipes are inserted at their longitudinal ends through a metal floor and open into a box. The pipes are fastened directly or indirectly to the floor.
- the box may be a distribution box or a collecting box or a deflection box.
- the respective floor can be provided with passages in which the pipes are inserted.
- the passages provide a circumferential collar with which the pipes can be soldered to make the pipes tight and tight against the ground.
- the tubes can be mechanically joined to the passages, for example pressed.
- a seal or a sealing collar of a joint applied to the ground a plurality of tubes associated common seal is arranged.
- EP 0 017 410 A1 discloses a generic method and a heat exchanger produced therewith.
- a closed circumferential connecting region is formed on the base, which has a three-dimensionally shaped collar or openings in order to form macroscopic form-fitting contours.
- a plastic bead is molded, which surrounds the collar or penetrates the apertures, so that the collar or a region having the apertures is embedded in the plastic of the plastic bead and the plastic bead is positively connected to the connecting region.
- the plastic box is now attached to a rotating box base on this Kunststoffwulst, for example by ultrasonic welding, hot plate welding or gluing.
- the known method thus requires an additional component, namely the plastic bead, in order to fasten the box to the floor.
- the injection molding of the Kunststoffwulstes is complicated, since an additional injection mold is required in order to embed the collar or the area with the openings in the plastic of the Kunststoffwulsts.
- the present invention is concerned with the problem of providing for a method for producing such a heat exchanger or for such a heat exchanger an improved or at least another embodiment, which is characterized in particular by comparatively low manufacturing costs. Furthermore, a sufficient tightness and fatigue strength are desired.
- the invention is based on the general idea of connecting a metal floor to a plastic box in a heat exchanger in that the respective floor is provided with a roughened surface in a closed circumferential connection zone and that the box is attached a closed-round box base is fixed in this connection zone at the bottom by means of a fusion connection. It has been found that, with the aid of a fusion bond between the plastic box and the metal floor, sufficient tightness and fatigue strength can be achieved if the surface of the connecting zone of the soil, which interacts with the melt, has been previously treated with a corresponding Roughness has been provided. The roughness significantly increases the surface area of the soil interacting with the plastic in the molten zone, which improves adhesion.
- the roughness creates a three-dimensional structure on the surface, which is enclosed within the fusion bond by the plastic and thereby creates a certain positive connection between the bottom and the box.
- roughening of the surface of the soil in the Connection zone of the box are attached directly by a fusion connection to the floor. So no additional component is needed.
- the chest foot is an integral part of the box.
- the box foot goes continuously into the other box body.
- the box foot is made of the same material as the rest of the box body.
- the box may be injection molded with the box foot.
- the solid connection between the tubes and the bottom is preferably in the passages and is preferably formed by a solder joint.
- connection technique e.g. a mechanical joining.
- the roughening of the surface of the bottom in the connection zone and / or the establishment of the fusion connection between the box base and the floor is / are carried out only after the fastening of the pipes to the respective floor.
- the soldering process could contaminate a previously generated roughness.
- soldering following the production of the fuse would damage the fusible link and / or the box.
- the roughening of the surface of the soil in the connection zone is carried out by means of a pulsed laser. It has been shown that an effective roughening on the metallic surface of the soil can be achieved with the aid of a pulsed laser. At the same time, the surface can be cleaned of interfering impurities by this laser processing. For example, fat residues or the like can be evaporated by the laser treatment.
- the roughening by means of the pulsed laser can be carried out according to the method described in DE 10 2007 023 418 A1, the content of which is hereby incorporated by express reference into the content of the present invention.
- the roughening is carried out by means of a pulsed laser on a metallic surface, in order subsequently to improve the adhesion of a metallic coating.
- this method is now used to improve the adhesion of a plastic component to a metal component.
- the roughening can be carried out so that the roughened surface has undercut contours.
- undercut contours the positive connection between plastic and metal can be improved, which increases fatigue strength.
- the roughening for generating undercut contours can be effected, for example, by setting the pulsed laser at an angle of inclination with respect to the surface, this angle of inclination being measured with respect to a perpendicular to a zone plane in which the connection zone lies.
- the fusion connection between the box base and the bottom is produced without additive, namely such that the plastic of the box is at least superficially melted on the box foot in order to produce the melt for the fusion connection.
- the omission of an additive simplifies the manufacturing process.
- the floor can also be heated by means of a laser. It is also conceivable to heat the floor by means of an infrared radiator. Furthermore, the soil can also be heated accordingly by means of hot gas prior to pressing. In particular, this heating can be carried out prior to contact with the presser foot to the box foot.
- an embodiment in which the soil is heated by induction is particularly advantageous. This can be done in particular during the contact pressure between the floor and the box foot.
- the crucible bottom is not heated but the box base.
- the heating of the box base takes place until the melting or melting of the box foot. Appropriately, however, this then takes place before pressing the box foot to the ground.
- a heat exchanger comprises a pipe network which has a plurality of tubes made of metal, which are arranged next to one another and are respectively inserted through a metal bottom at their longitudinal ends and open into a plastic box. Furthermore, the respective floor has passages into which the pipes are inserted and in which the pipes are firmly connected to the floor, preferably soldered. According to the invention, the respective floor has a closed peripheral connecting zone, in which the roughness the surface of the soil is increased. Furthermore, according to the invention, the box is fixed to the floor by means of a fusion connection at a closed circumferential box foot in the connection zone. The roughness of the surface and the fusion compound can be detected on the heat exchanger, for example, by a cut in the connection zone.
- Suitable roughnesses at the surface of the soil in the connection zone have a surface roughness of at least 50 pm.
- This roughness preferably has a roughness depth of a maximum of 500 ⁇ m.
- Preference is given to a roughness depth of 50 to 400 .mu.m, in particular from 50 to 200 .mu.m.
- undercut contours with a structure length or a pattern depth in the range from 10 to 500 .mu.m, preferably in the range from 50 to 400 .mu.m or in particular from 50 to 200 .mu.m are formed.
- the surface of the soil outside the connection zone in particular on a side facing away from the box foot, has a roughness depth of less than 50 .mu.m and may in particular be in a range of 1 to 45 .mu.m.
- the roughened surface of the bottom in the connection zone can have undercut contours, which can be seen in FIG.
- connection zone can lie in a zone plane which runs perpendicular to the longitudinal directions of the tubes.
- the passages can each enclose a pipe opening, for example in the form of a collar.
- the tube openings may also lie in the zone plane and be enclosed by the connection zone.
- the box foot be connected at the end face to the connection zone, which is designed in the manner of a circumferential flange.
- the passages can be directed away from the pipe network in the direction of the box from the ground.
- the connection zone can be positioned relatively close to the passages. In a preferred embodiment, the positioning of the connection zone takes place in such a way that the passages lie radially inward on the tubes and radially outward on the box foot.
- inside and outside refer in the present context to the pipes or their longitudinal center axis and are to be understood radially in this regard. That is, “inside” faces the tubes, while “outside” faces away from the tubes.
- axial and radial also refer to the longitudinal center axes or longitudinal directions of the tubes. Axial is parallel to the longitudinal direction of the tubes, while radially extending transversely to these longitudinal directions.
- the box foot is connected axially frontally with the connection zone.
- the box can be realized thereby particularly compact.
- An alternative construction proposes equipping the respective floor with a collar projecting away from the pipe network, with a closed circumferential collar. on the inside of the connecting zone is formed.
- the box base is inserted in this circumferential collar and attached externally via the fusion joint on the collar.
- the bottom has a somewhat more complex geometry, but allows an extremely compact design for the box.
- a free inner cross section of the box foot which extends transversely to the longitudinal directions of the tubes, is smaller than an outer cross section of the tube network, which likewise extends transversely to the longitudinal directions of the tubes.
- a further alternative embodiment proposes that the respective floor has a closed circumferential collar which projects away from the pipe network and from which a closed circumferential circulation is angled inwards. At this angled circulation, the connecting zone is formed on a side facing away from the pipe network.
- the box foot is connected axially frontally with the connection zone. This measure also allows a compact design for each box.
- an outer cross section of the box foot can be the same size as or smaller than an outer cross section of the pipe network transversely to the longitudinal direction of the tubes.
- the circumferential collar is angled relative to the openings or passages of the tubes from the rest of the ground, thereby allowing a compact design for the box. The then angled inside circulation allows easy axial fixation of the box foot in a compact design.
- connection zone is formed only on a side of the floor facing the box foot.
- the connection zone is formed only on a side of the floor facing the box foot.
- FIG. 1 and 2 each show a side view of a heat exchanger in two different embodiments
- 3 to 5 are each a sectional view corresponding to a section line III in Figs. 1 and 2 in the region of a connection between a bottom and a box in three different embodiments.
- a heat exchanger 1 comprises a pipe network 2, which has a plurality of tubes 3 made of metal.
- the tubes 3 are arranged side by side and pushed through at their longitudinal ends in each case by a bottom 4 made of metal.
- the one or left box 5 forms a distribution box 6, which contains a distribution space 7 which distributes a heat transfer medium supplied via an inlet 8 to the individual tubes 8.
- the other or right-hand box 5 in this case forms a collecting box 9, which contains a collecting space 10, which collects the heat transfer medium supplied via the tubes 3 and discharges it via a drain 11.
- the one or the left box 5 forms a combined distribution and collection box 12, which contains the distribution chamber 7 and the collecting space 10 and to which the inlet 8 and the outlet 11 are connected.
- the other or right-hand box 5 is here formed by a deflection box 13, which contains a deflection space 14 which diverts the medium supplied via the one or the upper tubes 3 and originating from the distributor space 7 and feeds it to the other or lower tubes 3, which feed the For their part, supply the medium to the collecting space 10.
- the tubes 3 are flowed through from the inside by the respective temperature control medium.
- another medium can flow around the respective tubes 3 from the outside.
- the tubes 3 are arranged relative to each other at a distance, whereby through-flow gaps in the Pipe network 2 arise.
- a separate passage 15 is provided per tube 3.
- the tubes 3 are soldered to the bottom 4.
- the respective base 4 has a closed circumferential connection zone 16.
- the roughness of the surface of the bottom 4 is increased, ie higher than in the remaining bottom 4.
- the surface of the bottom 4 in the connection zone 16 can have a roughness of at least 10 ⁇ m or at least 50 ⁇ m, while the surface in the remainder of the ground 4 has a roughness depth of less than 5 ⁇ m or less than 50 ⁇ m.
- the box 5 has, on a side facing the pipe network 2, a closed circulating box foot 17, by way of which the box 5 is fixedly connected to the floor 4.
- a fusion bond 18 is formed on the box base 17 in the connection zone 16. Due to the increased roughness in the connection zone 16, the plastic of the box 5 can connect sufficiently firmly to the metal of the bottom 4.
- the roughness in the connection zone 16 can be designed such that it has or produces undercut contours that form a positive connection between the metal of the bottom 4 and the plastic of the box 5 in the fusion connection 18.
- This box foot 17 is not a separate component that is attached to the box 5. Rather, the box foot 17 is formed by an integral portion of the box 5.
- the box foot 17 is integrally formed on the remaining box body, so that the box base 17 is formed continuously or uniform material on the box 5. This has the consequence at the same time that the box 5 is fastened directly to the bottom 4 in the heat exchanger 1 presented here.
- connection zone 16 lies in a zone plane 19.
- This zone plane 19 extends perpendicularly to the longitudinal direction 20 of the respective tube 3.
- the tube longitudinal direction 20 runs parallel to a longitudinal central axis 21 of the respective tube 3.
- the respective passage 15 sums up a pipe opening 22 formed in the bottom 4.
- These tube openings 22 likewise lie in the zone plane 19 and are enclosed by the connection zone 16.
- the connection zone 16 encloses or surrounds all tube openings 22 of the bottom 4.
- the passages 15 are directed away from the pipe network 2 in the direction of box 5 from the bottom 4 from.
- the passages 15 bear radially on the inside of the tube 3 and radially outside of the box base 17 with respect to the longitudinal central axis 21 of the respective tube 3. As a result, an extremely compact design for the box 5 is achieved.
- the passages 15, as indicated in FIG. 5, can also project away from the base 4 in the direction of the pipe network 2 away from the base 4.
- the box foot 17 is connected to the connection zone 16 axially with respect to the longitudinal central axis 21 of the respective tube 3.
- box 5 and bottom 4 are axially supported against each other in this regard.
- the base 4 is provided with a closed circumferential collar 23, which projects away from the base 4 away from the pipe network 2.
- the connection zone 16 is formed here on a radially inner side of the collar 23. The box foot 17 is inserted axially into the collar 23 and secured radially outward on the fusion bond 18 on the collar 23. As a result, the box 5 can be radially compact build with respect to the longitudinal direction 20 of the tubes 3.
- a free inner cross section 24 of the box foot 17 is smaller than an outer cross section 25 of the pipe network 2.
- the free inner cross section 24 of the box foot 17 is greater than In the case of the embodiment shown in FIG. 3, when the passages 15 are oriented in the opposite direction, a state in which the inner cross section 24 of the box foot 17 is at best the same size as the outer cross section 25 of the pipe network 2.
- the bottom 4 also directed away from the pipe network 2 projecting, closed circumferential collar
- connection zone 16 lies in the zone plane 19 extending perpendicularly to the longitudinal direction 20 of the tubes 3, but is spaced apart axially from the tube openings 22.
- the inner cross section can be
- an outer cross-section 27th of the box foot 17 is approximately the same size as the outer cross section 25 of the pipe network 2.
- the heat exchanger 1 presented here can be produced as follows. First, the respective bottom 4 is provided with the passages 15. The tubes 3 are inserted into the passages 15. Subsequently, the tubes 3 are firmly connected in the passages 15 with the bottom 4. Preferably, a soldering process is used here. As a result, the tubes 3 are soldered to the passages 15 and fixed on the passages 15 at the bottom 4. During the soldering process, the abovementioned ribs or fins 28 inserted into the pipe network 2 are also suitably soldered to the pipes 3.
- the respective bottom 4 is roughened in the connection zone 16 on the surface. This can basically be done before or after the soldering with the tubes 3. After roughening, the respective box 5 is fastened to the box base 17 in the connection zone 16 at the bottom 4 by means of the fusion connection 18. At least the fixing of the box 5 on the bottom 4 is preferably carried out after soldering the tubes 3 to the bottom 4 and the passages 15th
- the roughening of the surface of the bottom 4 in the connection zone 16 is preferably carried out after the tubes 3 have been soldered to the base 4.
- the roughening can be done by means of a pulsed laser.
- the roughening can be carried out expediently such that the roughened surface has undercut contours.
- These undercut contours can have a structure length parallel to the zone plane 19 and a structure depth perpendicular to the zone plane 19, which in each case lie in the range from 50 ⁇ m to 400 ⁇ m, or preferably from 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
- the undercut contours can be generated for example by means of a pulsed laser, for which purpose the laser impinges on the connection zone 16 at a predetermined angle of inclination.
- the angle of inclination is measured in relation to a vertical direction perpendicular to the zone plane 19.
- the angle of inclination may preferably be in an angular range of 20 ° to 80 °. In this case, angles of inclination between 30 ° and 60 ° are preferred. In particular, the angle of inclination may be about 45 °.
- the fusion bond 18 between the box foot 17 and bottom 4 can be realized by melting the plastic of the box 5.
- a melt additive can be dispensed with a melt additive.
- the box base 17 and the connection zone 16 are pressed against one another, the pressed-on box base 17 being melted in the connection zone 16 by heating the bottom 4.
- the heat for melting the plastic is supplied to the box base 17 via the bottom 4.
- the floor 4 can be heated with pressed box foot 17 by means of a laser beam or by means of an infrared beam or by means of a hot gas.
- an embodiment in which the heating of the bottom 4 with the pressed-on box foot 17 is effected by means of induction is particularly expedient.
- the melt bond 18 may be produced by first melting the box base 17 so that subsequently the fused box base 17 is pressed with the connection zone 16.
- conventional methods can be used, such as hot gas, infrared radiation and laser beam.
- the plastic of the box foot 17 is flowable.
- the pressure Solution between the box base 17 and bottom 4 the liquid plastic of the roughness in the connection zone 16 adapt, so that then the three-dimensional structure of the metallic surface in the connection zone 16 is embedded in the plastic of the box base 17.
- a solid bond between the box 5 and the base 4 can thereby be realized, which has a sufficient endurance.
- connection zone 16 is formed exclusively on a side of the bottom 4 facing the box base 17.
- Melting compound 18 is thereby exclusively geometrically between the bottom 4 and the box foot 17.
- the roughening preferably takes place only on the side of the bottom 4 facing the box base 17 in the connection zone 16.
- the base 4 outside of the connection zone 16 may have a normal, that is, a smaller roughness.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers (1), - wobei der Wärmeübertrager (1) ein Rohrnetz (2) mit mehreren Rohren (3) aus Metall aufweist, die nebeneinander angeordnet sind und an ihren Längsenden jeweils durch einen Boden (4) aus Metall durchgesteckt sind und in einen Kasten (5) aus Kunststoff münden, - bei dem der jeweilige Boden (4) mit Durchzügen (15) versehen wird, - bei dem die Rohre (3) in die Durchzüge (15) eingesteckt werden, - bei dem die Rohre (3) in den Durchzügen (15) mit dem Boden verbunden werden. Eine verbesserte Verbindung zwischen Boden (4) und Kasten (5) wird erreicht, - wenn am jeweiligen Boden (4) in einer geschlossen umlaufenden Verbindungszone (16) die Oberfläche des Bodens (4) aufgeraut wird, und - wenn der Kasten (5) an einem geschlossen umlaufenden Kastenfuß (17) in der Verbindungszone (16) am Boden (4) mittels einer Schmelzverbindung (18) befestigt wird.
Description
Wärmeübertrager und zugehöriges Herstellungsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärme- Übertragers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft au- ßerdem einen nach diesem Verfahren hergestellten Wärmeübertrager.
Ein Wärmeübertrager, der vorzugsweise bei Fahrzeuganwendungen zum Einsatz kommt, beispielsweise als Kühler zum Kühlen von Ladeluft oder zum Kühlen von rückgeführtem Abgas, oder als Verdampfer oder als Kondensator, umfasst übli cherweise ein Rohrnetz mit mehreren Rohren aus Metall zum Führen eines Wärmeübertragungsmittels. Im Rohrnetz sind die metallischen Rohre nebenei- nander angeordnet, derart, dass zwischen benachbarten Rohren Lücken entste- hen, so dass die Rohre vom jeweils zu temperierenden Medium umströmbar sind. In diesen Lücken können üblicherweise Rippen oder Lamellen zur verbes- serten Wärmeübertragung angeordnet sein. Die Rohre sind an ihren Längsenden jeweils durch einen Boden aus Metall durchgesteckt und münden in einen Kas- ten. Die Rohre sind direkt oder indirekt am Boden befestigt. Je nach Bauart des Wärmeübertragers kann es sich beim Kasten um einen Verteilerkasten oder um einen Sammelkasten oder um einen Umlenkkasten handeln. Zur Verbindung der Rohre mit dem Boden kann der jeweilige Boden mit Durchzügen versehen sein, in welche die Rohre eingesteckt sind. Die Durchzüge stellen einen umlaufenden Kragen bereit, mit dem die Rohre verlötet werden können, um die Rohre gegen- über dem Boden dicht und fest anzuordnen. Alternativ können die Rohre mit den Durchzügen mechanisch gefügt, z.B. verpresst sein. Hierbei ist insbesondere denkbar, dass zwischen den Durchzügen und den Rohren jeweils eine Dichtung oder ein Dichtungskragen einer am Boden anliegenden, mehreren Rohren zuge- ordneten, gemeinsamen Dichtung angeordnet ist.
Zur Reduzierung der Herstellungskosten eines derartigen Wärmeübertragers ist es grundsätzlich möglich, den jeweiligen Kasten aus Kunststoff herzustellen. Um nun diesen Kasten dauerhaft dicht und mit ausreichend Festigkeit mit dem jewei- ligen Boden verbinden zu können, ist ein vergleichsweise hoher Aufwand erfor- derlich. Beispielsweise kann der Boden mit dem Kasten vercrimpt werden. Eben- so ist eine Bördelverbindung denkbar. Zur Realisierung der Abdichtung ist es grundsätzlich möglich, in die Verbindung zwischen Boden und Kasten eine Dich- tung einzusetzen. Vergleichsweise große Temperaturbereiche, die während des Betriebs eines derartigen Wärmeübertragers auftreten können, erfordern eine hohe Genauigkeit während der Fertigung, um die jeweilige Dichtung mit relativ geringen Toleranzen bei möglichst gleichförmiger Flächenpressung anordnen zu können.
Aus der EP 0 017 410 A1 sind ein gattungsgemäßes Verfahren sowie ein damit hergestellter Wärmeübertrager bekannt. Beim bekannten Verfahren wird am Bo- den ein geschlossen umlaufender Verbindungsbereich ausgebildet, der einen dreidimensional umgeformten Kragen oder Durchbrüche aufweist, um makrosko- pische Formschlusskonturen zu bilden. An diesen Verbindungsbereich wird ein Kunststoffwulst angespritzt, der den Kragen umschließt bzw. die Durchbrüche durchdringt, so dass der Kragen bzw. ein die Durchbrüche aufweisender Bereich im Kunststoff des Kunststoffwulstes eingebettet ist und der Kunststoffwulst form- schlüssig mit dem Verbindungsbereich verbunden ist. Der Kunststoffkasten wird nun an einem umlaufenden Kastenfuß an diesem Kunststoffwulst befestigt, bei spielsweise durch Ultraschallschweißen, Heißplattenschweißen oder Kleben. Das bekannte Verfahren benötigt somit ein zusätzliches Bauteil, nämlich den Kunst- stoffwulst, um den Kasten am Boden zu befestigen. Außerdem ist das Anspritzen des Kunststoffwulstes aufwendig, da eine zusätzliche Spritzform erforderlich ist, um den Kragen bzw. den Bereich mit den Durchbrüchen im Kunststoff des Kunststoffwulsts einbetten zu können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wärmeübertragers bzw. für einen derartigen Wärmeübertrager eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch vergleichsweise geringe Herstellungs- kosten auszeichnet. Ferner sind eine ausreichende Dichtigkeit und Dauerfestig- keit angestrebt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängi- gen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der ab- hängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Wärmeübertra- ger einen Boden aus Metall mit einem Kasten aus Kunststoff dadurch zu verbin- den, dass der jeweilige Boden in einer geschlossen umlaufenden Verbindungs- zone mit einer aufgerauten Oberfläche versehen wird und dass der Kasten an einem geschlossen umlaufenden Kastenfuß in dieser Verbindungszone am Bo- den mittels einer Schmelzverbindung befestigt wird. Es hat sich gezeigt, dass sich mit Hilfe einer Schmelzverbindung zwischen dem Kasten aus Kunststoff und dem Boden aus Metall eine ausreichende Dichtigkeit sowie eine ausreichende Dauerfestigkeit erzielen lassen, wenn die mit der Schmelzverbindung zusam- menwirkende Oberfläche der Verbindungszone des Bodens zuvor mit einer ent- sprechenden Rauhigkeit versehen worden ist. Durch die Rauhigkeit wird die mit dem Kunststoff in der Schmelzzone zusammenwirkende Oberfläche des Bodens signifikant vergrößert, was die Haftung verbessert. Ferner erzeugt die Rauhigkeit eine dreidimensionale Struktur an der Oberfläche, die innerhalb der Schmelzver- bindung vom Kunststoff umschlossen ist und dadurch einen gewissen Form- schluss zwischen dem Boden und dem Kasten erzeugt. Mit anderen Worten, er- findungsgemäß kann durch die Aufrauhung der Oberfläche des Bodens in der
Verbindungszone der Kasten unmittelbar durch eine Schmelzverbindung am Bo- den befestigt werden. Es wird also kein zusätzliches Bauteil benötigt. Der Kasten- fuß ist ein integraler Bestandteil des Kastens. Der Kastenfuß geht kontinuierlich in den übrigen Kastenkörper über. Der Kastenfuß ist materialeinheitlich mit dem übrigen Kastenkörper ausgebildet. Insbesondere kann der Kasten mit dem Kas- tenfuß spritzgeformt sein.
Die feste Verbindung zwischen den Rohren und dem Boden erfolgt vorzugsweise in den Durchzügen und wird bevorzugt durch eine Lötverbindung gebildet.
Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Verbindungstechnik realisierbar, z.B. ein mechanisches Fügen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Aufrauen der Oberfläche des Bo- dens in der Verbindungszone und/oder das Herstellen der Schmelzverbindung zwischen Kastenfuß und Boden erst nach dem Befestigen der Rohre mit dem jeweiligen Boden durchgeführt wird/werden. Hierdurch ist es besonders einfach möglich, die Befestigung der Rohre am Boden in den Durchzügen durch Verlöten zu realisieren, was die Herstellungskosten reduziert. Zum einen könnte der Löt- vorgang eine zuvor erzeugte Rauigkeit verunreinigen. Zum anderen würde ein Verlöten, das sich an die Herstellung der Schmelzverbindung anschließt, die Schmelzverbindung und/oder den Kasten beschädigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Aufrauen der Oberfläche des Bodens in der Verbindungszone mittels eines gepulsten Lasers durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass mit Hilfe eines gepulsten Lasers eine effektive Aufrau- ung an der metallischen Oberfläche des Bodens realisierbar ist. Gleichzeitig kann durch diese Laserbearbeitung die Oberfläche von störenden Verunreinigungen gereinigt werden. Beispielsweise können Fettrückstände oder dergleichen durch die Laserbehandlung verdampft werden.
Beispielsweise kann das Aufrauen mittels des gepulsten Lasers gemäß dem aus der DE 10 2007 023 418 A1 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, de- ren Inhalt hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird. Beim bekannten Verfahren wird die Aufrauung mittels gepulstem Laser an einer metallischen Oberfläche durchgeführt, um anschlie- ßend die Anhaftung einer metallischen Beschichtung zu verbessern. In der vor- liegenden Erfindung wird dieses Verfahren nun dazu genutzt, die Anhaftung ei- nes Kunststoffbauteils an einem Metallbauteil zu verbessern.
Zweckmäßig kann das Aufrauen so durchgeführt werden, dass die aufgeraute Oberfläche Hinterschnittkonturen aufweist. Mittels derartiger Hinterschnittkontu- ren lässt sich der Formschluss zwischen Kunststoff und Metall verbessern, was die Dauerfestigkeit erhöht.
Das Aufrauen zum Erzeugen von Hinterschnittkonturen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der gepulste Laser unter einem Neigungswinkel gegen- über der Oberfläche angestellt wird, wobei dieser Neigungswinkel gegenüber ei- ner Senkrechten zu einer Zonenebene gemessen wird, in der die Verbindungs- zone liegt.
Vorzugsweise wird die Schmelzverbindung zwischen Kastenfuß und Boden ohne Zusatzstoff hergestellt, nämlich derart, dass der Kunststoff des Kastens am Kas- tenfuß zumindest oberflächlich aufgeschmolzen wird, um die Schmelze für die Schmelzverbindung zu erzeugen. Durch den Verzicht auf einen Zusatzstoff ver- einfacht sich das Herstellungsverfahren.
Zweckmäßig kann die Schmelzverbindung zwischen Kastenfuß und Boden in der Verbindungszone dadurch hergestellt werden, dass der Kastenfuß und die Ver-
bindungszone gegeneinander gepresst werden und dass durch Erhitzen des Bo- dens der angepresste Kastenfuß in der Verbindungszone aufgeschmolzen wird. Grundsätzlich können die Schritte Anpressen und Erhitzen nacheinander erfol- gen. Zur Beschleunigung des Verfahrens können das Anpressen und das Erhit zen quasi gleichzeitig durchgeführt werden.
Für die Erhitzung des Bodens sind unterschiedliche Maßnahmen denkbar. Bei- spielsweise lässt sich der Boden ebenfalls mittels eines Lasers erhitzen. Ebenso ist denkbar, den Boden mittels eines Infrarotstrahlers aufzuwärmen. Ferner lässt sich der Boden vor dem Anpressen auch mittels Heißgas entsprechend erwär- men. Insbesondere lässt sich diese Erhitzung bereits vor dem Kontakt zum An- pressen an den Kastenfuß durchführen.
Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Boden mittels Induktion erhitzt wird. Dies kann insbesondere während der Anpressung zwischen Boden und Kastenfuß erfolgen.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird nicht der Schmelzboden erwärmt, sondern der Kastenfuß. Die Erwärmung des Kastenfußes erfolgt bis zum Auf- schmelzen oder Anschmelzen des Kastenfußes. Zweckmäßig erfolgt dies dann jedoch vor dem Anpressen des Kastenfußes an den Boden.
Ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager umfasst ein Rohrnetz, das mehrere Rohre aus Metall aufweist, die nebeneinander angeordnet sind und an ihren Längsenden jeweils durch einen Boden aus Metall durchgesteckt sind und in ei- nem Kasten aus Kunststoff münden. Ferner weist der jeweilige Boden Durchzüge auf, in welche die Rohre eingesteckt sind und in denen die Rohre mit dem Boden fest verbunden, vorzugsweise verlötet, sind. Erfindungsgemäß weist der jeweilige Boden eine geschlossen umlaufende Verbindungszone auf, in der die Rauhigkeit
der Oberfläche des Bodens erhöht ist. Ferner ist der Kasten erfindungsgemäß an einem geschlossen umlaufenden Kastenfuß in der Verbindungszone mittels einer Schmelzverbindung am Boden befestigt. Die Rauhigkeit der Oberfläche und die Schmelzverbindung lassen sich am Wärmeübertrager beispielsweise durch einen Schnitt in der Verbindungszone nachweisen.
Geeignete Rauhigkeiten an der Oberfläche des Bodens in der Verbindungszone weisen eine Rautiefe von mindestens 50 pm auf. Bevorzugt weist diese Rauhig- keit eine Rautiefe von maximal 500 pm auf. Bevorzugt ist eine Rautiefe von 50 bis 400 pm, insbesondere von 50 bis 200 pm. Hierdurch entstehen Hinterschnitt- konturen mit einer Strukturlänge oder eine Strukturtiefe im Bereich von 10 bis 500 pm, vorzugsweise im Bereich 50 bis 400 pm oder insbesondere von 50 bis 200 pm. Im Vergleich dazu besitzt die Oberfläche des Bodens außerhalb der Verbin- dungszone, insbesondere an einer vom Kastenfuß abgewandten Seite, eine Rauhtiefe von weniger als 50 pm und kann insbesondere in einem Bereich von 1 bis 45 pm liegen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die aufgeraute Oberfläche des Bo- dens in der Verbindungszone Hinterschnittkonturen aufweisen, die in der
Schmelzverbindung einen Formschluss zwischen dem Metall des Bodens und dem Kunststoff des Kastens bilden. Hierdurch ergibt sich eine effiziente Fixierung des Kastens am Boden.
Zweckmäßig kann die Verbindungszone in einer Zonenebene liegen, die senk- recht zu den Längsrichtungen der Rohre verläuft. Die Durchzüge können jeweils eine Rohröffnung einfassen, zum Beispiel in Form eines Kragens. Die Rohröff- nungen können ferner in der Zonenebene liegen und von der Verbindungszone eingefasst sein. Für den Boden ergibt sich dadurch eine extrem einfache Geo- metrie, die sich preiswert hersteilen lässt. Insbesondere kann der Kastenfuß
stirnseitig an die Verbindungszone angeschlossen sein, die nach Art eines um- laufenden Flansches ausgestaltet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Durchzüge vom Rohrnetz weggerichtet in Richtung Kasten vom Boden abstehen. Die Verbindungszone lässt sich vergleichsweise dicht an den Durchzügen positionieren. Bei einer be- vorzugten Ausführungsform erfolgt die Positionierung der Verbindungszone der- art, dass die Durchzüge radial innen an den Rohren und radial außen am Kasten- fuß anliegen.
Die relativen Angaben„innen“ und„außen“ beziehen sich im vorliegenden Zu sammenhang auf die Rohre bzw. deren Längsmittelachse und sind diesbezüglich radial zu verstehen. Das heißt, dass "innen" den Rohren zugewandt ist, während "außen" von den Rohren abgewandt ist. Ebenfalls beziehen sich somit die Begrif- fe„axial“ und„radial“ auf die Längsmittelachsen bzw. Längsrichtungen der Rohre. Axial verläuft parallel zur Längsrichtung der Rohre, während radial quer zu diesen Längsrichtungen verläuft.
Eine alternative Weiterbildung schlägt vor, dass die Durchzüge vom Kasten weg gerichtet in Richtung Rohrnetz vom Boden abstehen, wobei auch hier die Positi onierung der Verbindungszone zweckmäßig so erfolgt, dass die Rohre radial au- ßen am Kastenfuß anliegen.
Ferner kann bei einer besonders einfachen Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Kastenfuß axial stirnseitig mit der Verbindungszone verbunden ist. Ins- besondere lässt sich der Kasten dadurch besonders kompakt realisieren.
Ein alternativer Aufbau schlägt vor, den jeweiligen Boden mit einem vom Rohr- netz weg gerichtet abstehenden, geschlossen umlaufenden Kragen auszustatten,
an dessen Innenseite die Verbindungszone ausgebildet ist. Der Kastenfuß ist in diesen umlaufenden Kragen eingesteckt und außen über die Schmelzverbindung am Kragen befestigt. Hierdurch besitzt der Boden zwar eine etwas aufwändigere Geometrie, ermöglicht jedoch eine extrem kompakte Bauform für den Kasten.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein freier Innenquerschnitt des Kas- tenfußes, der sich quer zu den Längsrichtungen der Rohre erstreckt, kleiner ist als ein Außenquerschnitt des Rohrnetzes, der sich ebenfalls quer zu den Längs- richtungen der Rohre erstreckt. Hierdurch lässt sich ein extrem kompakter Kasten realisieren.
Eine weitere alternative Ausführungsform schlägt vor, dass der jeweiligen Boden einen vom Rohrnetz weg gerichtet abstehenden, geschlossen umlaufenden Kra- gen aufweist, von dem ein geschlossen umlaufender Umlauf nach innen abge- winkelt ist. An diesem abgewinkelten Umlauf ist an einer vom Rohrnetz abge- wandten Seite die Verbindungszone ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Kastenfuß axial stirnseitig mit der Verbindungszone verbunden. Auch diese Maßnahme ermöglicht eine kompakte Bauweise für den jeweiligen Kasten.
Bei einer Weiterbildung kann quer zur Längsrichtung der Rohre ein Außenquer- schnitt des Kastenfußes gleich groß sein wie oder kleiner sein als ein Außen- querschnitt des Rohrnetzes. Zweckmäßig wird der umlaufende Kragen relativ dicht an den Durchbrüchen oder Durchzügen der Rohre vom übrigen Boden ab- gewinkelt, wodurch eine kompakte Bauform für den Kasten ermöglicht wird. Der dann nach innen abgewinkelte Umlauf ermöglicht eine einfache axiale Fixierung des Kastenfußes bei kompakter Bauform.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Kasten in der Verbindungszone nur einseitig mit dem Boden verbunden wird bzw. ist. Das be-
deutet, dass die Verbindungszone nur an einer dem Kastenfuß zugewandten Sei- te des Bodens ausgebildet ist. Es erfolgt keine Einbettung der Verbindungszone in den Kunststoff des Kastens, was eine zwei- oder dreiseitige Anbindung zur Folge hätte. Da die Anbindung nur einseitig erfolgt, lässt sich die Schmelzverbin- dung relativ einfach und somit preiswert hersteilen. Insbesondere ist daher die Aufrauhung der Oberfläche in der Verbindungszone auch nur an einer dem Kas- tenfuß zugewandten Seite des Bodens erforderlich bzw. ausgebildet. Dement- sprechend kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, die Verbindungszone ausschließlich an einer dem Kastenfuß zugewandten Seite des Bodens auszubilden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Kompo- nenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 und 2 jeweils eine Seitenansicht eines Wärmeübertragers bei zwei ver- schiedenen Ausführungsformen,
Fig. 3 bis 5 jeweils eine Schnittansicht entsprechend einer Schnittlinie III in den Fig. 1 und 2 im Bereich einer Verbindung zwischen einem Boden und einem Kasten bei drei verschiedenen Ausführungsformen.
Entsprechend den Figuren 1 und 2 umfasst ein Wärmeübertrager 1 ein Rohrnetz 2, das mehrere Rohre 3 aus Metall aufweist. Die Rohre 3 sind nebeneinander angeordnet und an ihren Längsenden jeweils durch einen Boden 4 aus Metall durchgesteckt. Dabei münden die Rohre 3 jeweils in einen Kasten 5. Im Beispiel der Figur 1 bildet der eine oder linke Kasten 5 einen Verteilerkasten 6, der einen Verteilerraum 7 enthält, der ein über einen Zulauf 8 zugeführtes Wärmeübertra- gungsmedium auf die einzelnen Rohre 8 verteilt. Der andere oder rechte Kasten 5 bildet hierbei einen Sammelkasten 9, der einen Sammelraum 10 enthält, der das über die Rohre 3 zugeführte Wärmeübertragungsmedium sammelt und über einen Ablauf 11 abführt.
Im Beispiel der Figur 2 bildet der eine oder linke Kasten 5 einen kombinierten Verteiler- und Sammelkasten 12, der den Verteilerraum 7 und den Sammelraum 10 enthält und an den der Zulauf 8 sowie der Ablauf 11 angeschlossen sind. Der andere oder rechte Kasten 5 ist hier durch einen Umlenkkasten 13 gebildet, der einen Umlenkraum 14 enthält, der das über die einen oder oberen Rohre 3 zuge- führte und vom Verteilerraum 7 stammende Medium umlenkt und den anderen oder unteren Rohren 3 zuführt, die das Medium ihrerseits dem Sammelraum 10 zuführen.
Im Betrieb des Wärmeübertragers 1 werden die Rohre 3 von innen vom jeweili- gen Temperierungsmedium durchströmt. Ein anderes Medium kann dagegen die jeweiligen Rohre 3 von außen umströmen. Hierzu sind die Rohre 3 relativ zuei- nander mit einem Abstand angeordnet, wodurch durchströmbare Lücken im
Rohrnetz 2 entstehen. In diesen Lücken können Rippen oder Lamellen 28, vor- zugsweise aus Metall, angeordnet sein, die wärmeübertragend mit den Rohren 3 verbunden sind und die die Wärmeübertragung zwischen den Medien verbes- sern.
Entsprechend den Figuren 3 bis 5 weist der jeweilige Boden 4 Durchzüge 15 auf, in welche die Rohre 3 eingesteckt sind. Dabei ist je Rohr 3 ein separater Durch- zug 15 vorgesehen. In diesen Durchzügen 15 sind die Rohre 3 mit dem Boden 4 verlötet. Des Weiteren weist der jeweilige Boden 4 eine geschlossen umlaufende Verbindungszone 16 auf. In dieser Verbindungszone 16 ist die Rauhigkeit der Oberfläche des Bodens 4 erhöht, also höher als im übrigen Boden 4. Beispiels- weise kann die Oberfläche des Bodens 4 in der Verbindungszone 16 eine Rautie- fe von mindestens 10 pm oder mindesten 50 pm aufweisen, während die Ober- fläche im übrigen Boden 4 eine Rautiefe kleiner als 5 pm oder kleiner als 50 pm besitzt.
Der Kasten 5 weist an einer dem Rohrnetz 2 zugewandten Seite einen geschlos- sen umlaufenden Kastenfuß 17 auf, über den der Kasten 5 mit dem Boden 4 fest verbunden ist. Hierzu ist am Kastenfuß 17 in der Verbindungszone 16 eine Schmelzverbindung 18 ausgebildet. Durch die erhöhte Rauhigkeit in der Verbin- dungszone 16 kann sich der Kunststoff des Kastens 5 hinreichend fest mit dem Metall des Bodens 4 verbinden. Die Rauhigkeit in der Verbindungszone 16 kann so ausgestaltet sein, dass sie Hinterschnittkonturen aufweist bzw. erzeugt, die in der Schmelzverbindung 18 einen Formschluss zwischen dem Metall des Bodens 4 und dem Kunststoff des Kastens 5 ausbilden. Dieser Kastenfuß 17 ist dabei kein separates Bauteil, das an den Kasten 5 angebaut ist. Vielmehr ist der Kas- tenfuß 17 durch einen integralen Abschnitt des Kastens 5 gebildet. Bei der Her- stellung des Kastens 5, der bevorzugt ein Spritzformteil ist, wird somit der Kas- tenfuß 17 integral am übrigen Kastenkörper ausgeformt, so dass der Kastenfuß
17 kontinuierlich bzw. materialeinheitlich am Kasten 5 ausgebildet ist. Dies hat gleichzeitig zur Folge, dass beim hier vorgestellten Wärmeübertrager 1 der Kas- ten 5 unmittelbar am Boden 4 befestigt ist.
Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform liegt die Verbindungszone 16 in einer Zonenebene 19. Diese Zonenebene 19 erstreckt sich dabei senkrecht zur Längsrichtung 20 des jeweiligen Rohrs 3. Die Rohrlängsrichtung 20 verläuft dabei parallel zu einer Längsmittelachse 21 des jeweiligen Rohrs 3. Der jeweilige Durchzug 15 fasst eine im Boden 4 ausgebildete Rohröffnung 22 ein. Diese Rohröffnungen 22 liegen ebenfalls in der Zonenebene 19 und sind von der Ver- bindungszone 16 eingefasst. Das bedeutet, dass die Verbindungszone 16 alle Rohröffnungen 22 des Bodens 4 einfasst bzw. umschließt. Im Beispiel der Figur 3 stehen die Durchzüge 15 vom Rohrnetz 2 weg gerichtet in Richtung Kasten 5 vom Boden 4 ab. Ferner ist hier vorgesehen, dass die Durchzüge 15 bezüglich der Längsmittelachse 21 des jeweiligen Rohrs 3 radial innen am Rohr 3 und radi- al außen am Kastenfuß 17 anliegen. Hierdurch wird eine extrem kompakte Bau- form für den Kasten 5 erreicht.
Grundsätzlich können die Durchzüge 15 wie in Figur 5 angedeutet auch vom Kasten 5 weg gerichtet in Richtung Rohrnetz 2 vom Boden 4 abstehen. Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform könnte bei solchen weg gerichteten Durchzü- gen vorgesehen sein, dass die Rohre 3 bezüglich der Längsmittelachse 21 radial außen am Kastenfuß 17 anliegen.
Im Beispiel der Figur 3 ist der Kastenfuß 17 bezüglich der Längsmittelachse 21 des jeweiligen Rohrs 3 axial stirnseitig mit der Verbindungszone 16 verbunden. Somit sind Kasten 5 und Boden 4 diesbezüglich axial aneinander abgestützt.
Bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform ist der Boden 4 mit einem ge- schlossen umlaufenden Kragen 23 ausgestattet, der vom Rohrnetz 2 weg gerich- tet vom Boden 4 absteht. Bezüglich der jeweiligen Längsmittelachse 21 des je- weiligen Rohrs 3 ist die Verbindungszone 16 hier an einer radial innenliegenden Innenseite des Kragens 23 ausgebildet. Der Kastenfuß 17 ist in den Kragen 23 axial eingesteckt und radial außen über die Schmelzverbindung 18 am Kragen 23 befestigt. Hierdurch lässt sich der Kasten 5 bezogen auf die Längsrichtung 20 der Rohre 3 radial kompakt bauen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass quer zur Längsrichtung 20 der Rohre 3 ein freier Innenquerschnitt 24 des Kastenfußes 17 kleiner ist als ein Außenquerschnitt 25 des Rohrnetzes 2. Im Vergleich dazu ist bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform der freie Innenquerschnitt 24 des Kastenfußes 17 größer als der Außenquerschnitt 25 des Rohrnetzes 2. Bei umgekehrter Ausrichtung der Durchzüge 15 lässt sich bei der in Figur 3 gezeig- ten Ausführungsform ein Zustand erreichen, bei dem der Innenquerschnitt 24 des Kastenfußes 17 bestenfalls gleich groß ist wie der Außenquerschnitt 25 des Rohrnetzes 2.
Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform weist der Boden 4 ebenfalls den vom Rohrnetz 2 weg gerichtet abstehenden, geschlossen umlaufenden Kragen
23 auf, von dem ein geschlossen umlaufender, nach innen abgewinkelter Umlauf 26 ausgeht. Der Umlauf 26 weist an einer vom Rohrnetz 2 abgewandten Seite die Verbindungszone 16 auf. Zweckmäßig ist hier der Kastenfuß 17 axial stirnsei- tig mit der Verbindungszone 16 verbunden. Hierzu kann auch hier vorgesehen sein, dass die Verbindungszone 16 in der senkrecht zur Längsrichtung 20 der Rohre 3 verlaufenden Zonenebene 19 liegt, jedoch axial zu den Rohröffnungen 22 beabstandet ist. Bei dieser Ausführungsform lässt sich der Innenquerschnitt
24 des Kastenfußes 17 ebenfalls kleiner dimensionieren als der Außenquer- schnitt 25 des Rohrnetzes 2. Im Beispiel der Figur 5 ist ein Außenquerschnitt 27
des Kastenfußes 17 etwa gleich groß wie der Außenquerschnitt 25 des Rohrnet- zes 2.
Der hier vorgestellte Wärmeübertrager 1 lässt sich wie folgt hersteilen. Zunächst wird der jeweilige Boden 4 mit den Durchzügen 15 versehen. Die Rohre 3 werden in die Durchzüge 15 eingesteckt. Anschließend werden die Rohre 3 in den Durchzügen 15 mit dem Boden 4 fest verbunden. Vorzugsweise kommt hier ein Lötvorgang zum Einsatz. Hierdurch werden die Rohre 3 mit den Durchzügen 15 verlötet und über die Durchzüge 15 am Boden 4 befestigt. Während des Lötvor- gangs werden zweckmäßig auch die vorstehend genannten, in das Rohrnetz 2 eingesetzten Rippen oder Lamellen 28 mit den Rohren 3 verlötet.
Der jeweilige Boden 4 wird in der Verbindungszone 16 an der Oberfläche aufge- raut. Dies kann grundsätzlich vor oder nach dem Verlöten mit den Rohren 3 er- folgen. Nach dem Aufrauen wird der jeweilige Kasten 5 am Kastenfuß 17 in der Verbindungszone 16 am Boden 4 mittels der Schmelzverbindung 18 befestigt. Zumindest das Befestigen des Kastens 5 am Boden 4 erfolgt bevorzugt nach dem Verlöten der Rohre 3 mit dem Boden 4 bzw. den Durchzügen 15.
Das Aufrauen der Oberfläche des Bodens 4 in der Verbindungszone 16 wird be- vorzugt nach dem Verlöten der Rohre 3 mit dem Boden 4 durchgeführt. Bei- spielsweise kann das Aufrauen mittels eines gepulsten Lasers erfolgen. Das Auf- rauen kann dabei zweckmäßig so durchgeführt werden, dass die aufgeraute Oberfläche Hinterschnittkonturen aufweist. Diese Hinterschnittkonturen können eine Strukturlänge parallel zur Zonenebene 19 und eine Strukturtiefe senkrecht zur Zonenebene 19 aufweisen, die jeweils im Bereich von 50 pm bis 400 pm oder vorzugsweise von 50 pm bis 200 pm liegen.
Die Hinterschnittkonturen können beispielsweise mit Hilfe eines gepulsten Lasers erzeugt werden, wozu der Laser unter einem vorbestimmten Neigungswinkel auf die Verbindungszone 16 auftrifft. Der Neigungswinkel ist dabei gegenüber einer senkrecht zur Zonenebene 19 verlaufenden Vertikalrichtung gemessen. Der Nei- gungswinkel kann vorzugsweise in einem Winkelbereich von 20° bis 80° liegen. Bevorzugt sind hierbei Neigungswinkel zwischen 30° und 60°. Insbesondere kann der Neigungswinkel etwa 45° betragen.
Vorteilhaft lässt sich die Schmelzverbindung18 zwischen Kastenfuß 17 und Bo- den 4 dadurch realisieren, dass der Kunststoff des Kastens 5 aufgeschmolzen wird. In der Folge kann auf einen Schmelzzusatzstoff verzichtet werden.
Gemäß einer ersten Variante kann vorgesehen sein, dass der Kastenfuß 17 und die Verbindungszone 16 gegeneinander gepresst werden, wobei durch Erhitzen des Bodens 4 der angepresste Kastenfuß 17 in der Verbindungszone 16 aufge- schmolzen wird. Mit anderen Worten, die Wärme zum Aufschmelzen des Kunst- stoffs wird dem Kastenfuß 17 über den Boden 4 zugeführt. Beispielsweise lässt sich der Boden 4 bei angepresstem Kastenfuß 17 mittels eines Laserstrahls oder mittels eines Infrarotstrahls oder mittels eines Heißgases erhitzen. Besonders zweckmäßig ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher das Erhitzen des Bo- dens 4 bei angepresstem Kastenfuß 17 mittels Induktion erfolgt.
Bei einer zweiten Variante kann dagegen vorgesehen sein, dass die Schmelz- verbindung 18 dadurch hergestellt wird, dass der Kastenfuß 17 zunächst ange- schmolzen wird, so dass anschließend der angeschmolzene Kastenfuß 17 mit der Verbindungszone 16 verpresst wird. Für das Anschmelzen des Kastenfußes 17 können herkömmliche Methoden zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel Heißgas, Infrarotstrahlung und Laserstrahl. Durch das Anschmelzen bzw. Auf- schmelzen wird der Kunststoff des Kastenfußes 17 fließfähig. Durch die Anpres-
sung zwischen Kastenfuß 17 und Boden 4 kann sich der flüssige Kunststoff der Rauhigkeit in der Verbindungszone 16 anpassen, so dass anschließend die drei- dimensionale Struktur der metallischen Oberfläche in der Verbindungszone 16 in den Kunststoff des Kastenfußes 17 eingebettet ist. Insbesondere in Verbindung mit den vorstehend genannten Hinterschnittkonturen lässt sich dadurch ein fester Verbund zwischen Kasten 5 und Boden 4 realisieren, der eine hinreichende Dau- erfestigkeit aufweist.
Bei den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 3 bis 5 ist jeweils vorgesehen, dass der Kastenfuß 17 nur einseitig mit dem Boden 4 verbunden wird bzw. ist. Das bedeutet, dass die Verbindungszone 16 ausschließlich an einer dem Kastenfuß 17 zugewandten Seite des Bodens 4 ausgebildet ist. Die
Schmelzverbindung 18 ist dadurch ausschließlich geometrisch zwischen dem Boden 4 und dem Kastenfuß 17 vorhanden. Das hat zur Folge, dass die Aufrau- hung vorzugsweise nur an der dem Kastenfuß 17 zugewandten Seite des Bo- dens 4 in der Verbindungszone 16 erfolgt. Insbesondere kann der Boden 4 au- ßerhalb der Verbindungszone 16 eine normale, also kleinere Rauigkeit besitzen.
*****
Claims
1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers (1 ),
- wobei der Wärmeübertrager (1 ) ein Rohrnetz (2) mit mehreren Rohren (3) aus Metall aufweist, die nebeneinander angeordnet sind und an ihren Längsenden jeweils durch einen Boden (4) aus Metall durchgesteckt sind und in einen Kas- ten (5) aus Kunststoff münden,
- bei dem der jeweilige Boden (4) mit Durchzügen (15) versehen wird,
- bei dem die Rohre (3) in die Durchzüge (15) eingesteckt werden,
- bei dem die Rohre (3) mit dem Boden fest verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet,
- dass am jeweiligen Boden (4) in einer geschlossen umlaufenden Verbin- dungszone (16) die Oberfläche des Bodens (4) aufgeraut wird,
- dass der Kasten (5) an einem geschlossen umlaufenden Kastenfuß (17) in der Verbindungszone (16) am Boden (4) mittels einer Schmelzverbindung (18) be- festigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aufrauen der Oberfläche des Bodens (4) in der Verbindungszone (16) nach dem Befestigen der Rohre (3) mit dem jeweiligen Boden (4) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aufrauen mittels eines gepulsten Lasers durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aufrauen so durchgeführt wird, dass die aufgeraute Oberfläche Hinter- schnittkonturen aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aufrauen zum Erzeugen von Hinterschnittkonturen mittels eines unter einem Neigungswinkel angestellten gepulsten Lasers durchgeführt wird, wobei der Neigungswinkel gegenüber einer Senkrechten zu einer Zonenebene (19) gemessen wird, in der die Verbindungszone (16) liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schmelzverbindung (18) zwischen Kastenfuß (17) und Boden (4) in der Verbindungszone (19) dadurch hergestellt wird, dass der Kastenfuß (17) und die Verbindungszone (16) gegeneinander gepresst werden, und
- dass durch Erhitzen des Bodens (4) der Kastenfuß (17) in der Verbindungszo- ne (16) aufgeschmolzen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Erhitzen des Bodens (4) mittels Induktion durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schmelzverbindung (18) zwischen Kastenfuß (17) und Boden (4) in der Verbindungszone (16) dadurch hergestellt wird, dass der Kastenfuß (17) ange- schmolzen wird und dass der angeschmolzene Kastenfuß (17) mit der Verbin- dungszone (16) verpresst wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kasten (5) in der Verbindungszone (16) nur einseitig mit dem Boden (4) verbunden wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungszone (16) nur an einer dem Kastenfuß (17) zugewandten Seite des Bodens (4) ausgebildet wird.
11. Wärmeübertrager,
- mit einem Rohrnetz (2), das mehrere Rohre (3) aus Metall aufweist, die ne- beneinander angeordnet sind und an ihren Längsenden jeweils durch einen Boden (4) aus Metall durchgesteckt sind, daran befestigt sind und in einen Kasten (5) aus Kunststoff münden,
- wobei der jeweilige Boden (4) Durchzüge (15) aufweist, in welche die Rohre (3) eingesteckt sind,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der jeweilige Boden (4) eine geschlossen umlaufende Verbindungszone (16) aufweist, in der die Rauhigkeit der Oberfläche des Bodens (4) erhöht ist,
- dass der Kasten (5) an einem geschlossen umlaufenden Kastenfuß (17) in der Verbindungszone (16) mittels einer Schmelzverbindung (18) am Boden (4) be- festigt ist.
12. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aufgeraute Oberfläche des Bodens (4) in der Verbindungszone (16) Hin- terschnittkonturen aufweist, die in der Schmelzverbindung (18) einen Form- schluss zwischen dem Metall des Bodens (4) und dem Kunststoff des Kastens (5) bilden.
13. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Verbindungszone (16) in einer Zonenebene (19) liegt, die senkrecht zu den Längsrichtungen (20) der Rohre (3) verläuft,
- dass die Durchzüge (15) jeweils eine Rohröffnung (22) einfassen,
- dass die Rohröffnungen (22) in der Zonenebene (19) liegen und von der Ver- bindungszone (16) eingefasst sind.
14. Wärmeübertrager nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Durchzüge (15) vom Rohrnetz (2) weg gerichtet in Richtung Kasten (5) vom Boden (4) abstehen,
- dass die Durchzüge (15) innen an den Rohren (3) und außen am Kastenfuß (17) anliegen.
15. Wärmeübertrager nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Durchzüge (15) vom Kasten (5) weg gerichtet in Richtung Rohrnetz (2) vom Boden (4) abstehen,
- dass die Rohre (3) außen am Kastenfuß (17) anliegen.
16. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 11 bis 15
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kastenfuß (17) axial stirnseitig mit der Verbindungszone (16) verbunden ist.
17. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der jeweilige Boden (4) einen vom Rohrnetz (2) weg gerichtet abstehen- den, geschlossen umlaufenden Kragen (23) aufweist, an dessen Innenseite die Verbindungszone (16) ausgebildet ist,
- dass der Kastenfuß (17) in den Kragen (23) eingesteckt und außen über die Schmelzverbindung (18) am Kragen (23) befestigt ist.
18. Wärmeübertrager nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass quer zu den Längsrichtungen (20) der Rohre (3) ein freier Innenquerschnitt (24) des Kastenfußes (17) kleiner ist als ein Außenquerschnitt (25) des Rohrnet- zes (2).
19. Wärmeübertrager nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der jeweilige Boden (4) einen vom Rohrnetz (2) weg gerichtet abstehen- den, geschlossen umlaufenden Kragen (23) aufweist, von dem ein geschlos- sen umlaufender Umlauf (26) nach innen abgewinkelt ist, an dem an einer vom Rohrnetz (2) abgewandten Seite die Verbindungszone (16) ausgebildet ist,
- dass der Kastenfuß (5) axial stirnseitig mit der Verbindungszone (16) verbun- den ist.
20. Wärmeübertrager nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass quer zur Längsrichtung (20) der Rohre (3) ein Außenquerschnitt (27) des Kastenfußes (17) gleich groß ist wie oder kleiner ist als ein Außenquerschnitt (25) des Rohrnetzes (2).
21. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 11 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kasten (5) in der Verbindungszone (16) nur einseitig mit dem Boden (4) verbunden ist.
22. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 11 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungszone (16) nur an einer dem Kastenfuß (17) zugewandten Seite des Bodens (4) ausgebildet ist.
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Legal Events
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18803618 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18803618 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |