[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen
mit U-förmig durchströmten Innengehäuse, welche jeweils aus einem Oberteil und einem
Unterteil zusammengesetzt werden und mit Außengehäusen, die derart um die Innengehäuse
angeordnet werden, dass zwischen den Innengehäusen und den Außengehäusen jeweils ein
Kühlmittelkanal ausgebildet wird, wobei zumindest eines der Innengehäuse oder Außengehäuse
im Druckgussverfahren hergestellt wird.
[0002] Wärmeübertragungsvorrichtungen sind allgemein bekannt, wobei unterschiedliche Herstellungsverfahren
verwendet werden. Insbesondere im Bereich der Automobil-und Motorentechnik gewinnen
Wärmeübertragungsvorrichtungen zusehends an Wichtigkeit. Sie werden sowohl zur Kühlung
rückgeführten Abgases als auch zur Ladeluftkühlung oder Ölkühlung benutzt. Durch die
Verwendung derartiger Wärmeübertragungsvorrichtungen kann beispielsweise die Temperatur
des zum Zylinder geführten Gases herabgesetzt werden und somit die Füllung der Zylinder
und der Wirkungsgrad der Verbrennungsmotoren verbessert werden.
[0003] Neben anderen Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen ist es
bekannt, im Druckguss hergestellte Schalen mit daran ausgebildeten Rippen zu Wärmeübertragungsvorrichtungen
zusammen zu setzen. Die Verwendung von Aluminiumdruckguss zur Herstellung derartiger
Wärmeübertragungsvorrichtungen birgt die Vorteile hoher Kühlervlirkungsgrade bei gleichzeitig
kostengünstiger Herstellung.
[0004] So wird in der
DE 10 2005 058 204 A1 eine Wärmeübertragungsvorrichtung offenbart, welche ein U-förmig durchströmtes Gehäuse
aufweist, so dass Ein- und Austritt des zu kühlenden Gases an der Kopfseite der Wärmeübertragungsvorrichtung
nebeneinander angeordnet sind. Diese Wärmeübertragungsvorrichtung ist aus einem Innengehäuse
und einem Außengehäuse aufgebaut, welche ineinander geschoben werden. Sowohl das Außengehäuse
als auch das Innengehäuse bestehen aus einem Oberteile und einem Unterteil, welche
durch Schweißen vor dem Zusammenbau des Innengehäuses mit dem Außengehäuse miteinander
verbunden werden. Das hier offenbarte Innengehäuse weist an seinem Oberteil und an
seinem Unterteil jeweils in den vom zu kühlenden Gas durchströmten Kanal ragende Rippen
auf, welche sich im Querschnitt des Innengehäuses abwechselnd vom Oberteile bzw. vom
Unterteil in den Kanal erstrecken. Das Oberteil ist dabei deckelförmig ausgeführt,
während das Unterteil eine Topfform aufweist.
[0005] Zur Herstellung derartiger Teile im Druckgussverfahren ist es notwendig, das Unterteil
mit einer oberen Gehäuseteilwand im Bereich der Kopfseite auszuführen, da ansonsten
keine umlaufende Schweißnaht erreicht werden könnte. Dies bedeutet jedoch gleichzeitig,
dass ein zusätzlicher seitlicher Schieber, der zur Kopfseite entfernt wird, benötigt
wird, um ein derartiges Unterteil herzustellen. Ein weiterer Schieber wird in Erstreckungsrichtung
der Rippen nach oben aus dem Untereil herausgeführt.
[0006] Eine derartige Ausführung weist somit die Nachteile auf, dass zusätzliche Schieber
in einer zweiten Bearbeitungsebene verwendet werden müssen, wodurch zusätzliche Kosten
entstehen. Zusätzlich muss der Rippenabstand im Bereich des Ein- und Auslasses relativ
groß gewählt werden, da aus Festigkeitsgründen der Abstand zwischen den Rippen eines
Teils nicht zu klein gewählt werden darf. Während nach dem Zusammenbau im Bereich
des Deckels abwechselnd Rippen aus dem Oberteil und dem Unterteil in den Kanal weisen,
um den Rippenabstand klein zu halten, ist eine derartige Ausführung von Rippen, die
von oben im Bereich des Einlasses oder Auslasses in den Kanal reichen, bei einer derartigen
Herstellung nicht möglich.
[0007] Dies verschlechtert den Wirkungsgrad der Wärmeübertragungsvorrichtung und birgt einen
hohen Aufwand bezüglich der Herstellung der Schweißnähte beim Zusammenbau der beiden
Teile. Des Weiteren entstehen hohe Werkzeugkosten durch das seitlich zu entformende
Schieberelement und die zusätzliche Bearbeitungsebene.
[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung
bereitzustellen, bei der auf eine zweite Schieberentformungsrichtung und somit auf
den zweiten Schieber verzichtet werden kann, und zusätzlich auch im Einlass- und Auslassbereich
Rippen ausgebildet werden können. Somit soll auch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragungsvorrichtung
verbessert werden.
[0009] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein erstes Gehäuseteil, in dem zwei Unterteile
der Innengehäuse oder der Außengehäuse ausgebildet sind, in einem Druckgussvorgang
hergestellt, wird, wobei die beiden Unterteile an ihren Kopfseiten, an denen die Eintritte
und die Austritte der Innengehäuse angeordnet sind, in einem gemeinsamen Querschnitt
miteinander verbunden sind und in einem späteren Verfahrensschritt das erste Gehäuseteil
entlang des gemeinsamen Querschnitts getrennt wird. Durch ein derartiges Verfahren
können die Unterteile beim
Druckgussvorgang derart entformt werden, dass ein seitlich an der Kopfseite zu entfernende
Schieber entfallen kann und somit die Werkzeugkosten und der Herstellungsaufwand reduziert
werden können.
[0010] In einem weiterführenden Verfahren wird ein zweites Gehäuseteil, in dem zwei Oberteile
der Innengehäuse oder der Außengehäuse ausgebildet sind, in einem Druckgussvorgang
hergestellt, wobei die beiden Oberteile an ihren Kopfseiten, an denen die Eintritte
und Austritte der Innengehäuse angeordnet sind, in einem gemeinsamen Querschnitt miteinander
verbunden sind, anschließend das erste und das zweite Gehäuseteil aufeinander gesetzt
und die beiden Gehäuseteile miteinander verbunden werden, wodurch zwei Innengehäuse
oder Außengehäuse gebildet werden, die an ihren jeweiligen Kopfseiten, an denen die
Eintritte und Austritte der Innengehäuse angeordnet sind, in dem gemeinsamen Querschnitt
miteinander verbunden sind, und daraufhin das erste mit dem zweiten Gehäuseteil entlang
des gemeinsamen Querschnitts der Innengehäuse oder der Außengehäuse getrennt wird.
Dies bedeutet, dass nach dem Druckgießen der beiden Oberteile und der beiden Unterteile
diese durch eine gemeinsame geschlossene umlaufende Schweißnaht miteinander verbunden
werden können, welche um den gesamten Umfang des Gussteils führt. Hierdurch ergibt
sich der Vorteil, dass ein Oberteil nicht mehr als reines Deckelteil ausgeführt werden
muss, welches mit einer umlaufenden Schweißnaht befestigt werden muss. Somit kann,
auch durch den Entfall des seitlichen Schiebers, die Geometrie im Einlass- und Auslassbereich
der beiden Innen- oder Außengehäuse freier gewählt werden. Insgesamt ergibt sich eine
Verkürzung der Schweißnahtlängen sowie der Ein- und Austauchphasen beim Schweißen,
wodurch reduzierte Prozesszeiten und somit geringere Herstellkosten erreicht werden.
[0011] In bevorzugter Weise erfolgt die Trennung der Gehäuseteile mechanisch, insbesondere
durch Sägen. Eine derartige Trennung ist ohne großen Kostenaufwand einfach durchzuführen.
[0012] Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der beiden Gehäuseteile durch Schweißen, insbesondere
Rührreibschweißen, was sich insbesondere beim Verbinden zweier Teile in Aluminiumdruckguss
eignet und zu Leckage freien Bauteilen führt.
[0013] In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens werden die Druckgussformen der beiden
Gehäuseteile des Innengehäuses derart ausgebildet, dass sich von den Oberteilen und
den Unterteilen im Querschnitt der Innengehäuse in allen Rippenreihen abwechselnd
Rippen in die durch die Innengehäuse begrenzten Kanäle erstrecken. Dies bedeutet,
dass auch im Bereich des Einlasses und Auslassens nun das Oberteil des Innengehäuses
so ausgeführt wird, dass die Rippen des Oberteils in den Zwischenraum zwischen die
Rippen des Unterteils ragen. Eine derartige Anordnung der Rippen ist bei den bekannten
im Druckgussverfahren hergestellte Wärmeübertragungsvorrichtungen dieser Art nicht
möglich, da in diesem Bereich die Schweißnaht des Deckels angeordnet war. Eine andere
Anordnung einer umlaufenden Schweißnaht, die die notwendige Festigkeit sichert, war
in diesen Ausführungen nicht möglich.
[0014] In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird nach der Trennung der Innengehäuses
und/oder der Außengehäuse jeweils eines der Innengehäuse von der Kopfseite in eines
der Außengehäuse geschoben und das Innengehäuse anschließend mit dem Außengehäuse
verbunden. Hierdurch wird der Zusammenbau des gesamten Gehäuses auf einfache Art und
Weise fertig gestellt.
[0015] Ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung ist im
Vergleich zu bekannten Herstellungsverfahren einfach und kostengünstig durchzuführen,
wobei geringe Prozesszeiten und Werkzeugkosten die Folge sind. Zusätzlich wird ein
hoher Kühferwirkungsgrad erreicht und die Prozesszeiten zur Herstellung reduziert.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben:
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Gehäuseteils, welches
zwei Unterteile eines Innengehäuses einer Wärmeübertragungsvorrichtung bildet.
Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des ersten und eines zweiten Gehäuseteils,
vor dem Zusammenbau.
Figur 3 zeigt eine Kopfansicht des Innengehäuses einer Wärmeübertragungsvorrichtung
nach dem Zusammenbau von Oberteil und Unterteil und der Trennung der beiden Innengehäuse.
In der Figur 1 ist ein erstes Gehäuseteil 1 dargestellt, in dem zwei jeweils U-förmig
durchströmbare Unterteile 2, 3 ausgebildet sind. Dieses erste Gehäuseteil 1 wird im
Druckgussverfahren hergestellt, wobei durch die Pfeile 4, 5 die Entformungsrichtung
der benötigten Schieber zum Druckgießen dieses ersten Gehäuseteils 1 dargestellt sind.
[0016] Die beiden Unterteile 2, 3 liegen dabei mit ihrer jeweiligen Kopfseite 6, an der
Eintritte 7 und Austritte 8 der beiden Unterteile 2, 3 ausgebildet sind, gegeneinander.
Diese Kopfseite 6 ist somit nach einer Trennung der beiden Unterteile 2, 3 offen.
Durch den jeweiligen Eintritt 7 kann bei der späteren Nutzung der Wärmeübertragungsvorrichtung
Gas einströmen durch den Kanal 20 bis zu einer Umlenkung 21 strömen und von dort zurück
zum Austritt 8 strömen. Eine Mittelwand 9 trennt den einströmenden Gasstrom vom ausströmenden
Gasstrom, so dass das eintretende Gas gezwungen wird, dieses Unterteil 2, 3 U-förmig
zu durchströmen. Somit wird es möglich, den Eintritt 7 und den Austritt 8 nebeneinander
anzuordnen.
[0017] Die Kopfseiten 6 der beiden Unterteile 2, 3 weisen somit einen gemeinsamen Querschnitt
10 auf, in dem die Eintritte 7 und Austritte 8 angeordnet sind und an dem die beiden
Unterteile 2, 3 voneinander getrennt werden können. Eine solche Trennung erfolgt vorzugsweise
mechanisch, beispielsweise durch Sägen oder Ähnliches.
[0018] Die Figur 2 zeigt zusätzlich zum ersten Gehäuseteil 1 ein zweites Gehäuseteil 11,
in welchem zwei zu den Unterteilen 2, 3 aus Figur 1 passende Oberteile 12, 13 ausgebildet
sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Oberteile können beim Druckgussvorgang
wiederum lediglich die Schieber in den angedeuteten Pfeilrichtungen 4, 5 aus dem Druckgussteil
entfernt werden. Seitliche Schieber werden nicht benötigt. In Figur 3 ist zu erkennen,
dass im zweiten Gehäuseteil 11, in den beiden Oberteilen 12, 13, jeweils eine Nut
14 ausgebildet ist, in die später die Mittelwände 9 der Unterteile 2, 3 reichen, so
dass eine über die gesamte Höhe geschlossene Mittelwand zur U-förmigen Zwangsdurchströmung
der Wärmeübertragungsvorrichtung erreicht werden kann.
[0019] In Figur 2 ist zu erkennen, dass das zweite Gehäuseteil 11 auf das erste Gehäuseteil
1 aufgesetzt werden kann, so dass sich, in Strömungsrichtung gesehen, hintereinander
Rippenreihe 16 bilden, die aus verschiedenen, nebeneinander liegenden Rippen 17, 22
bestehen. Hierbei ist zu beachten, dass jede erste Rippe 17 aus dem Unterteil 2, 3
in den Kanal 20 ragt und jede zweite Rippe 22 aus dem Oberteil 12, 13 in den Kanal
20 ragt. Bei einer Herstellung im Druckgussverfahren sind die hierdurch entstehenden
kleinen Abstände zwischen den Rippen 17, 22 in einem der beiden Teile nicht möglich,
da eine Schieberentformung bei solch kleinen Abständen zum Bruch der Rippen 17, 22
führen würde.
[0020] Das hier angewendete Verfahren zum Herstellen von derartigen Wärmeübertragungsvorrichtungen
weist nun die Schritte auf, dass zunächst das erste Gehäuseteil 1 mit den darin ausgebildete
beiden Unterteilen 2, 3 im Druckgussverfahren hergestellt wird und anschließend oder
gleichzeitig ein entsprechend passendes zweites Gehäuseteil 11 mit den Oberteilen
12, 13, im Druckgussverfahren hergestellt wird, wobei jeweils lediglich zwei Schieber
verwendet werden, die in entgegengesetzter Richtung aus dem Werkstück entfernt werden.
[0021] Die beiden Gehäuseteile 1, 11 werden anschließend aufeinander gesetzt und durch Schweißen,
insbesondere durch Rührreibschweißen, miteinander verbunden, wodurch zwei Innengehäuse
18, 19 gebildet werden. Es wird deutlich dass die hierbei entstehende Schweißnaht
über beide Unterteile 2, 3 bzw. Oberteile 12, 13 in einem Durchgang komplett umlaufend
geführt werden kann. Ein Aufsetzen oder Absetzen eines entsprechenden Werkzeuges ist
hier nicht mehr nötig. Auch entstehen keine Schweißnahtenden an den Kopfseiten 6,
wie es bei einer derartigen Konstruktion der Fall wäre, wenn die Unter- und Oberschalen
2, 3; 12, 13 einzeln gegossen würden. Solche Schweißnahtenden sind zu vermeiden, da
keine gerade geschlossene Kopfseite 6 erreichbar wäre. Auch würden Probleme bezüglich
der Bauteilfestigkeit bei der Durchführung einer Rührreibschweißnaht auftreten. Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese Festigkeit durch das direkt angrenzende zweite
Innen- beziehungsweise Außengehäuse 18, 19 erreicht, so dass zwei Innengehäuses 18,
19 mit einer Schweißnaht hergestellt werden können.
[0022] Im Fall einer Herstellung einzelner Innengehäuse oder Außengehäuse wäre bei der Konstruktion
somit darauf zu achten, dass im Bereich der Kopfseiten, wie bereits vorbeschrieben,
das jeweilige Ende der Schweißnaht vor der letzten Rippenreihe liegen müsste. Dies
bedeutet, dass in einem derartigen Fall das Oberteil, 12, 13 lediglich als Deckel
ausgeführt werden könnte, an dem keine Rippen 22 ausgebildet werden könnten, die in
den Bereich des Eintritts 7 bzw. des Austritts 8 ragen würden. Dadurch entstände im
Ein- und Austrittsbereich jeweils eine Rippenreihe 16 mit einer geringeren Anzahl
von Rippen 17, die lediglich aus dem Unterteil 2, 3 in den Kanal 20 ragen, wodurch
der Kühlerwirkungsgrad bei derartigen Wärmeübertragungsvorrichtungen geringer ist.
[0023] Nach dem Zusammenschweißen der Oberteile 12, 13 mit den Unterteilen 2, 3 der Innengehäuse
18, 19 werden die beiden entstehenden Innengehäuses 18, 19 entlang des gemeinsamen
Querschnitts 10 mechanisch voneinander getrennt.
[0024] Selbstverständlich kann auf gleiche Weise auch ein nicht dargestelltes Außengehäuse
hergestellt werden, welches ebenfalls zweiteilig ausgeführt ist, also aus einem Unterteil
und einem Oberteil besteht. Diese könnten auch in gleicher Weise miteinander verschweißt
und anschließend getrennt werden.
[0025] Zur Fertigstellung einer Wärmeübertragungsvorrichtung wäre dann nach dem Trennen
der beiden Außengehäuse und Innengehäuse, 18, 19 das Innengehäuse in das Außengehäuse
zu schieben, um eine fertige Wärmeübertragungsvorrichtung zu erhalten.
[0026] Die Herstellung mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit im Vergleich zu
bekannten Ausführungen deutlich optimiert, da die gesamte Schweißnahtlänge sowie die
notwendigen Ein- und Austauchphasen zur Herstellung der Wärmeübertragungsvorrichtung
deutlich verkürzt werden. Des Weiteren werden die bisher benötigten, seitlich zu entfernenden
Schieber im Druckgussverfahren eingespart, so dass auch Werkzeugkosten entfallen.
Gleichzeitig wird durch die mögliche Anordnung eng nebeneinander liegender Rippen
in dem Bereich des Eintritts 7 bzw. Austritts 8 der Kühlerwirkungsgrad deutlich erhöht.
[0027] Es sollte deutlich sein, dass konstruktive Änderungen bezüglich der Ausführung eines
derartigen Wärmetauschers möglich sind.
1. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen mit U-förmig durchströmten
Innengehäusen (18, 19), welche jeweils aus einem Oberteil (12, 13) und einem Unterteil
(2, 3) zusammengesetzt werden und mit Außengehäusen, die derart um die Innengehäuse
(18, 19) angeordnet werden, dass zwischen den Innengehäusen (18, 19) und den Außengehäusen
jeweils ein Kühlmittelkanal ausgebildet wird, wobei zumindest eines der Innengehäuse
(18, 19) oder Außengehäuse im Druckgussverfahren hergestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gehäuseteil (1), in dem zwei Unterteile (2, 3) der Innengehäuse (18, 19)
oder der Außengehäuse ausgebildet sind, in einem Druckgussvorgang hergestellt wird,
wobei die beiden Unterteile (2, 3) an ihren Kopfseiten (6), an denen die Eintritte
(7) und die Austritte (8) der Innengehäuse (18, 19) angeordnet sind, in einem gemeinsamen
Querschnitt (10) miteinander verbunden sind und in einem späteren Verfahrensschritt
das erste Gehäuseteil (1) entlang des gemeinsamen Querschnitts (10) getrennt wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gehäuseteil (11), in dem zwei Oberteile (12, 13) der Innengehäuse (18,
19) oder der Außengehäuse ausgebildet sind, in einem Druckgussvorgang hergestellt
wird, wobei die beiden Oberteile (12, 13) an ihren Kopfseiten (6), an denen die Eintritte
(7) und Austritte (8) der Innengehäuse (18, 19) angeordnet sind, in einem gemeinsamen
Querschnitt (10) miteinander verbunden sind, anschließend das erste Gehäuseteil (1)
und das zweite Gehäuseteil (11) aufeinander gesetzt und die beiden Gehäuseteile (1,
11) miteinander verbunden werden, wodurch zwei Innengehäuse (18, 19), oder Außengehäuse
gebildet werden, die an ihren jeweiligen Kopfseiten (6), an denen die Eintritte (7)
und Austritte (8) der Innengehäuse (18, 19) angeordnet sind, in dem gemeinsamen Querschnitt
(10) miteinander verbunden sind, und daraufhin das erste Gehäuseteil (1) mit dem zweiten
Gehäuseteil (11) entlang des gemeinsamen Querschnitts (10) der Innengehäuse (18, 19)
oder der Außengehäuse getrennt wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen nach Anspruch 1 oder
2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Gehäuseteile (1, 11) mechanisch, insbesondere durch Sägen erfolgt.
4. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen nach einem der Ansprüche
2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der beiden Gehäuseteile (1, 11) durch Schweißen, insbesondere Rührreibschweißen,
verfolgt.
5. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgussformen der beiden Gehäuseteile (1, 11) derart ausgebildet werden, dass
sich von den Oberteilen (12, 13) und den Unterteilen (2, 3) im Querschnitt der Innengehäuse
(18, 19) in allen Rippenreihen (16) abwechselnd Rippen (17, 22) in die durch die Innengehäuse
(18, 19) begrenzten Kanäle (20) erstrecken.
6. Verfahren zur Herstellung von Wärmeübertragungsvorrichtungen nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trennung der Innengehäuses (18, 19) und/oder der Außengehäuse jeweils eines
der Innengehäuse (18, 19) von der Kopfseite eines der Außengehäuse in eines der Außengehäuse
geschoben wird und anschließend das Innengehäuse (18, 19) mit dem Außengehäuse verbunden
wird.