DE102020005113A1

DE102020005113A1 - Bauteilanordnung für einen Kraftwagen und Verfahren zum Herstellen einer solchen Bauteilanordnung

Info

Publication number: DE102020005113A1
Application number: DE102020005113.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Herrmann; Christian Mierke; Klaus Goth; Bernd Schietinger; Robert Behr
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung (1) für einen Kraftwagen, welche ein erstes Bauteil (2) und ein zweites Bauteil (3) aufweist, die derart ausgebildet und über eine Stoffschlusseinrichtung (4) stoffschlüssig derart miteinander verbunden sind, dass zwischen den Bauteilen (2, 3) ein von einem Fluid durchströmbarer Raum (5) ausgebildet ist, welcher durch die Bauteile (2, 3) und durch die Stoffschlusseinrichtung (4) gegen eine Umgebung der Bauteilanordnung (1) fluidisch abgedichtet ist. Erfindungsgemäß umfasst die Stoffschlusseinrichtung (4) ein erstes Stoffschlusselement (15), das mittels eines ersten Verbindungsverfahrens hergestellt ist, und ein zweites Stoffschlusselement (16), das mittels eines von dem ersten Verbindungsverfahren unterschiedlichen zweiten Verbindungsverfahrens hergestellt ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung (1).

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 eine Bauteilanordnung für einen Kraftwagen, welche ein erstes Bauteil und wenigstens ein zweites Bauteil aufweist. Gemäß Patentanspruch 7 betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bauteilanordnung.
Bei der Bauteilanordnung sind die zumindest zwei Bauteile zu der Bauteilanordnung gefügt, wobei wenigstens eines der Bauteile aus einer Aluminiumbasislegierung besteht. Unter einer Aluminiumbasislegierung ist ein Werkstoff zu verstehen, der zumindest 50 Gewichtsprozent Aluminium aufweist und noch mindestens ein weiteres Legierungselement. Die Bauteilanordnung ist ein großflächiges Bauteil, was bedeutet, dass eine gesamte Mantelaußenfläche der Bauteilanordnung in Bezug zu einem Außenvolumen der Bauteilanordnung besonders groß ist. Bei der Bauteilanordnung handelt es sich beispielsweise um einen Wärmetauscher („Kühler“), für den Kraftwagen, der insbesondere als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen etc. ausgebildet ist.
Aus der EP 2 454 547 B1 ist ein Plattenwärmetauscher bekannt, welcher mehrere übereinandergestapelte Platten aufweist, die abwechselnd jeweils einen ersten und einen zweiten Durchflussraum für ein erstes bzw. zweites Medium aufspannen, wobei jede Platte einen umlaufenden Rand aufweist und im Wesentlichen wannenförmig gestaltet ist, und wobei zwei benachbarte Platten jeweils über die umlaufenden Ränder miteinander verbunden sind, und wobei eine Endplatte fest mit zumindest einer benachbarten Platte an zumindest einem Ende des Stapels verbunden ist, wobei die Endplatte aus einer Aluminiumlegierung besteht.
Weiter offenbart die WO 2020/074119 A1 einen Plattenwärmetauscher mit einem Wärmetauscherblock und einer Anschlusseinrichtung aus einer magnesiumhaltigen Aluminiumlegierung, die eine fluidzugewandte Seite, welche einem dem Plattenwärmetauscher zuzuführenden oder von diesem abzuführenden Fluid zugewandt ist, und eine fluidabgewandte Seite, welche dem Fluid abgewandt ist, umfasst, wobei die Anschlusseinrichtung an der fluidzugewandten Seite mithilfe eines ersten Schweißzusatzwerkstoffs mit dem Wärmetauscherblock verschweißt ist, wobei die Anschlusseinrichtung an der fluidabgewandten Seite mithilfe eines zweiten Schweißzusatzwerkstoffs mit dem Wärmetauscherblock verschweißt ist, und wobei der zweite Schweißzusatzwerkstoff einen höheren Magnesiumgehalt als der erste Schweißzusatzwerkstoff aufweist.
Es ist des Weiteren bekannt, dass miteinander zu verfügende Bauteile, insbesondere Aluminium-Bauteile, oftmals durch Ofenlötprozesse gefügt werden. Dabei werden in der Regel weiche bzw. nicht oder kaum aushärtbare Aluminiumlegierungen verwendet, beispielsweise Aluminiumlegierungen aus der Gruppe 3000 (siehe DIN EN 573-3/4). Hieraus resultiert dann die Bauteilanordnung mit den beiden miteinander gefügten Bauteilen, wobei diese Bauteilanordnung dann eine lediglich geringe Festigkeit aufweist; etwa ist die 0,2-%-Dehngrenze kleiner als 80 N/mm² (Newton pro Quadratmillimeter).
Grundsätzlich jedoch lassen sich Bauteile aus Aluminiumlegierungen im Ofen löten und - insbesondere in einem weiteren Fertigungsschritt - thermisch behandeln, etwa aushärten, um eine hohe Festigkeit der Bauteile bzw. Bauteilanordnung zu erreichen. Dies birgt jedoch Nachteile in sich.
So ist ein Löten im Vakuum zwar möglich, für große Bauteilanordnungen und große Stückzahlen jedoch kaum wirtschaftlich. Alternativ hierzu ist der Einsatz eines Flussmittels bekannt, welches jedoch oftmals umweltschädlich ist und im Betriebseinsatz korrosiv wirken kann. Auch ein Ausweichen auf andere Aluminiumlegierungen, etwa Aluminium-Zink-Legierungen (Gruppe 7000) oder Aluminium-Kupfer-Legierungen (Gruppe 2000), überwindet nicht alle Nachteile. Aluminiumlegierungen aus der Gruppe 2000 oder aus der Gruppe 7000 sind zwar höherfest, insbesondere nach entsprechender Wärmebehandlung, jedoch oftmals korrosionsanfällig. Aluminium-Magnesium-Legierungen (Gruppe 6000) sind zwar ebenfalls durch geeignete Wärmebehandlungen höherfest darstellbar, jedoch sind Aluminium-Magnesium-Legierungen in der Regel nur unter Einsatz von hohem Aufwand lötbar, wodurch der Einsatz einer Aluminium-Magnesium-Legierung oftmals unwirtschaftlich ist. Für die genannten Aluminiumlegierungen aus den Gruppen 2000, 6000, 7000 gilt des Weiteren, dass Bauteile, die diese Aluminiumlegierungen aufweisen, zum Erzielen hoher Festigkeitswerte nach einem Wärmeeintrag durch den Lötprozess rasch abgekühlt bzw. abgeschreckt werden müssen, um geeignete Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass durch einen nachfolgenden Warmauslagerungsprozess eine besonders vorteilhafte Festigkeitssteigerung erzielt werden kann. Bei Ofenlötprozesses ist ein solches Abschrecken jedoch oftmals mit einem starken Bauteilverzug und/oder einem starken Verzug der Bauteilanordnung verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders stabile Bauteilanordnung bereitzustellen, die besonders effizient und aufwandsarm herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bauteilanordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Herstellungsverfahren mit den in Patentanspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens anzusehen und umgekehrt. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Bauteilanordnung für einen Kraftwagen vorgesehen, welche ein erstes Bauteil und wenigstens ein zweites Bauteil aufweist. Hierbei besteht wenigstens eines der Bauteile der Bauteilanordnung aus einer Aluminiumbasislegierung, die wenigstens 50 Gewichtsprozent Aluminium umfasst und ferner wenigstens ein weiteres Legierungselement aufweist.
Bei dem Kraftwagen handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, sodass die Bauteilanordnung für den Personenkraftwagen ausgebildet ist oder wird.
Die wenigstens zwei Bauteile der Bauteilanordnung sind derart ausgebildet und über eine Stoffschlusseinrichtung stoffschlüssig derart miteinander verbunden, dass zwischen den Bauteilen ein von einem Fluid durchströmbarer Raum ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Bauteilanordnung die Stoffschlusseinrichtung aufweist, über welche die Bauteile zu der Bauteilanordnung gefügt sind. Der von dem Fluid durchströmbare Raum zwischen den Bauteilen ist zum einen durch die Bauteile und zum anderen durch die Stoffschlusseinrichtung gegen eine Umgebung der Bauteilanordnung fluidisch abgedichtet bzw. begrenzt. Mit anderen Worten ist der Raum teilweise durch die Bauteile und teilweise durch die Stoffschlusseinrichtung verschlossen. Hierbei ist der Raum nicht völlig verschlossen, sondern weist wenigstens eine Fluidaustauscheinrichtung auf, die insbesondere eine Einströmöffnung an einer Einströmseite der Bauteilanordnung und eine Ausströmöffnung an einer Ausströmseite der Bauteilanordnung umfasst. Hierbei sind die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung jeweils bestimmungsgemäß von dem Fluid durchströmbar. Wenn die Bauteilanordnung isoliert betrachtet wird, das heißt, wenn die Bauteilanordnung nicht über die Fluidaustauscheinrichtung an ein Fluidnetz, etwa einen Kältemittelkreislauf (zum Beispiel an den eines Kraftwagens) angeschlossen ist, sind der durch die Bauteile und die Stoffschlusseinrichtung begrenzte Raum und die Umgebung über die Fluidaustauscheinrichtung - das heißt über die Einströmöffnung und über die Ausströmöffnung - fluidisch miteinander verbunden. Bei der Bauteilanordnung für den Kraftwagen handelt es sich also insbesondere um einen Wärmetauscher, welcher auch Kühler genannt werden kann, beispielsweise um einen Luft-Wasser-Wärmetauscher eines Kühlsystems des Kraftwagens.
Um nun die Bauteilanordnung besonders stabil und besonders effizient bzw. aufwandsarm herstellbar auszubilden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stoffschlusseinrichtung ein erstes Stoffschlusselement aufweist, das mittels eines ersten Verbindungsverfahrens hergestellt ist. Des Weiteren weist die Stoffschlusseinrichtung wenigstens ein zweites Stoffschlusselement auf, das mittels eines von dem ersten Verbindungsverfahren unterschiedlichen zweiten Verbindungsverfahrens hergestellt ist. Anders ausgedrückt unterscheiden sich die wenigstens zwei Stoffschlusselemente hinsichtlich ihres Verbindungsverfahrens. Bei dem jeweiligen Verbindungsverfahren, mittels dessen das jeweilige Stoffschlusselement erzeugt ist, handelt es sich in bevorzugter Weise um ein von einem Ofenlötprozess unterschiedliches Verbindungsverfahren.
So ist eine besonders stabile Bauteilanordnung bereitgestellt, die des Weiteren besonders effizient und besonders aufwandsarm herstellbar ist. Hierbei weist insbesondere wenigstens ein Bauteil der Bauteilanordnung eine ausscheidungshärtbare Aluminiumbasislegierung auf. Folglich kann wenigstens eines der Bauteile der Bauteilanordnung durch das Ausscheidungshärten hochfest gemacht werden, wobei unter „hochfest“ zu verstehen ist, dass das entsprechende Bauteil eine Festigkeit - ausgedrückt in der 0,2-%-Dehngrenze - von mindestens 150 N/mm², insbesondere von mindestens 180 N/mm², aufweist. Diese hohe Festigkeit bzw. Hochfestigkeit wird erzielt durch die Kombination von verwendeter Aluminiumbasislegierung und/oder verwendeten Wärmebehandlungsprozessen und/oder verwendeten Fügeprozessen. Es ist besonders bevorzugt, wenn es sich bei der Aluminiumbasislegierung um eine aushärtbare Aluminiumlegierung, etwa um eine Aluminiumlegierung aus der Gruppe 2000, aus der Gruppe 6000 oder aus der Gruppe 7000, handelt. Es ist ferner bevorzugt, dass zumindest eines der Bauteile vor dem Fügen in einem lösungsgeglühten Zustand vorliegt, was bei Aluminium-Blechmaterial beispielsweise dem sogenannten T4-Zustand entspricht.
Da die Stoffschlusseinrichtung der Bauteilanordnung das erste Stoffschlusselement und wenigstens das zweite Stoffschlusselement umfasst, die örtlich voneinander getrennt sind, weisen die Bauteile bzw. die Bauteilanordnung voneinander unterschiedliche Fügezonen auf, in welchen jeweils bei der Herstellung der Bauteilanordnung das erste Stoffschlusselement oder das zweite Stoffschlusselement erzeugt worden sind, um die Bauteile zu der Bauteilanordnung zu verbinden bzw. zu fügen. Im Hinblick auf den von dem Fluid durchströmbaren Raum zwischen den Bauteilen der Bauteilanordnung, der entsprechend an den Fügezonen durch die Stoffschlusseinrichtung bzw. durch die Stoffschlusselemente gegen die Umgebung der Bauteilanordnung fluidisch abgedichtet bzw. begrenzt ist, ergibt sich, dass der Raum auf unterschiedliche Weise gegen die Umgebung begrenzt bzw. abgedichtet ist, nämlich - erstens - mittels des ersten Stoffschlusselements und - zweitens - an einer anderen Stelle durch das zweite Stoffschlusselement. Infolgedessen wirken die Stoffschlusselemente jeweils als ein Dichtungselement, wobei die Dichtungselemente bzw. Stoffschlusselemente eine voneinander unterschiedliche Dichtungsqualität bereitstellen. Beispielsweise ist mittels des ersten Stoffschlusselements eine höhere Dichtungsqualität erzeugt als mittels des zweiten Stoffschlusselements. Anders ausgedrückt ist an der ersten Fügezone, an welcher das erste Stoffschlusselement ausgebildet ist, eine besonders hohe Dichtungsqualität bzw. Dichtungswirkung erzeugt, wohingegen in der zweiten Fügezone, in welcher das zweite Stoffschlusselement erzeugt ist, eine geringere Dichtungsqualität bzw. geringere Dichtungswirkung erzeugt ist. Hierdurch ist die Bauteilanordnung besonders aufwandsarm und/oder kosteneffizient bereitstellbar, da in der zweiten Fügezone bzw. an dem zweiten Stoffschlusselement weniger Aufwand beim Fügen der Bauteile zu betreiben ist, da dort lediglich eine geringere Dichtungsqualität gefordert ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Bauteilanordnung, die wenigstens zwei Bauteile umfasst und insbesondere eine Kraftwagenkomponente, beispielsweise einen Wärmetauscherkörper, bildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt

1 eine schematische Ansicht der Bauteilanordnung, die ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweist, die noch nicht gefügt sind; und
2 eine schematische Ansicht eines der Bauteile, das eine erste Fügezone und eine von der ersten Fügezone unterschiedliche zweite Fügezone umfasst.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Bauteilanordnung 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bauteilanordnung 1 gemeinsam beschrieben.
1 zeigt in schematischer Ansicht die Bauteilanordnung 1, die ein erstes Bauteil 2 und ein zweites Bauteil 3 aufweist, die noch nicht gefügt sind. Die Bauteilanordnung 1 weist ein erstes Bauteil 2 und ein zweites Bauteil 3 auf, die bei fertig montierter bzw. gefügter Bauteilanordnung 1 stoffschlüssig miteinander verbunden sind bzw. bei dem Verfahren zum Herstellen der Bauteilanordnung 1 stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Die Bauteilanordnung 1 ist für einen Kraftwagen (nicht dargestellt) vorgesehen, welcher insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Durch die Bauteilanordnung 1 wird für den Kraftwagen bzw. Personenkraftwagen insbesondere ein Wärmetauscherkörper ausgebildet, etwa ein Wasser-Luft-Wärmetauscher eines Kühlsystems des Kraftwagens. Hierzu sind die Bauteile 2, 3 derart ausgebildet und über eine Stoffschlusseinrichtung 4 (siehe 2) derart miteinander verbunden, dass zwischen den Bauteilen 2, 3 ein von einem Fluid durchströmbarer Raum 5 gebildet ist, welcher durch die Bauteile 2, 3 und durch die Stoffschlusseinrichtung 4 gegen eine Umgebung der Bauteilanordnung 1 fluidisch abgedichtet ist. Hierbei ist der Raum 5 nicht völlig verschlossen, sondern weist eine Fluidaustauscheinrichtung 6 auf, die an einer Einströmseite 7 der Bauteilanordnung 1 eine Einströmöffnung 8 aufweist und an einer Ausströmseite 9 der Bauteilanordnung 1 eine Ausströmöffnung 10 umfasst. Die Fluidaustauschvorrichtung 6, das heißt die Einströmöffnung 8 und die Ausströmöffnung 10, ist bestimmungsgemäß von dem Fluid durchströmbar, sodass gewährleistet ist, dass das Fluid in den Raum 5 einströmen und aus diesem ausströmen kann. Das bedeutet, dass der Raum 5 abgesehen von der Fluidaustauschvorrichtung 6 gegen die Umgebung der Bauteilanordnung 1 fluidisch abgedichtet ist, indem der Raum 5 - außer an der Fluidaustauschvorrichtung - durch die Bauteile 2, 3 und durch die Stoffschlusseinrichtung 4 gegen die Umgebung der Bauteilanordnung 1 fluidisch abgedichtet ist. Über die Fluidaustauschvorrichtung 6 ist dann der Raum 5 fluidisch mit der Umgebung der Bauteilanordnung 1 verbunden, wobei die Fluidaustauschvorrichtung 6 dazu ausgebildet ist, an ein Fluidnetz des Kraftwagens, etwa an einen Kältemittelkreislauf, angeschlossen zu werden, sodass über die Fluidaustauschvorrichtung 6 die Bauteilanordnung 1, die insbesondere als der Luft-Wasser-Wärmetauscher ausgebildet ist, an das Fluidnetz des Kraftwagens anschließbar ist.
An wenigstens einem der Bauteile 2, 3, vorliegend an dem ersten Bauteil 2, ist eine Kanalstruktur 11 ausgebildet, sodass in dem Raum 5 zwischen den Bauteilen 2, 3 eine von dem Fluid durchströmbare Kanaleinrichtung 12 ausgebildet ist, sobald die Bauteile 2, 3 aneinanderstoßen und über die Stoffschlusseinrichtung 4 miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
2 zeigt in schematischer Ansicht eines der Bauteile 2, 3, vorliegend das erste Bauteil 2, das eine erste Fügezone 13 und eine von der ersten Fügezone 13 unterschiedliche, mindestens eine zweite Fügezone 14 umfasst. In der ersten Fügezone 13 weist die Stoffschlusseinrichtung 4 ein erstes Stoffschlusselement 15 auf, und in der zweiten Fügezone weist die Stoffschlusseinrichtung 4 ein von dem ersten Stoffschlusselement 15 unterschiedliches zweites Stoffschlusselement 16 auf. Wie bereits angesprochen, sind die Bauteile 2, 3 zu der Bauteilanordnung 1 gefügt bzw. miteinander verbunden, indem die Bauteile 2, 3 mittels der Stoffschlusseinrichtung 4, das heißt mittels der Stoffschlusselemente 15, 16, stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Beim Herstellen der Bauteilanordnung 1 gilt, dass die Stoffschlusselemente 15, 16 anhand jeweils unterschiedlicher Verbindungsverfahren erzeugt werden, sodass zum Erzeugen der Stoffschlusseinrichtung 4 zumindest zwei voneinander unterschiedliche Verbindungsverfahren zum Einsatz kommen. Mit anderen Worten sind die Bauteile 2, 3 in der ersten Fügezone 13 mittels eines anderen Verbindungsverfahrens miteinander stoffschlüssig verbunden als in der zweiten Fügezone 14.
Hinsichtlich des Raums 5, der zwischen den Bauteilen 2, 3 erzeugt wird, indem die Bauteile 2, 3 stoffschlüssig miteinander verbunden werden, ist vorgesehen, dass die Kanaleinrichtung 12 ausgebildet wird, indem zwischen den an der Kanalstruktur 11 aneinanderstoßenden Bauteilen 2, 3 dort - das heißt an der Kanalstruktur 11 - das zweite Stoffschlusselement 16 ausgebildet ist, über welches die Bauteile 2, 3 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Es ist in 2 des Weiteren zu erkennen, dass die zweite Fügezone 14 zumindest teilweise, vorliegend vollständig, die Kanalstruktur 11 des ersten Bauteils 2 umspannt. Das bedeutet, dass die Kanaleinrichtung 12 gebildet wird, indem die Bauteile 2, 3 an der Kanalstruktur 11 bzw. an der zweiten Fügezone 14 mittels des zweiten Stoffschlusselements 16 miteinander verbunden werden.
Mittels des ersten Stoffschlusselements 15, das heißt in der ersten Fügezone 13 der Bauteilanordnung 1, ist eine höhere Dichtungsqualität erzeugt als mittels des zweiten Stoffschlusselements 16, das heißt als in der zweiten Fügezone 14. Dies rührt insbesondere daher, dass das erste Stoffschlusselement 15, mittels dessen die Bauteile 2, 3, insbesondere in einem Randbereich des jeweiligen Bauteils 2, 3, stoffschlüssig miteinander verbunden sind oder werden, durch wenigstens einen der folgenden Verbindungsschritte: Reibrührschweißen, Ultraschallschweißen, Induktionslöten, Laserlöten, Elektronenstrahllöten und/oder Kleben. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass ein Ofenlötprozess ausbleibt. Mit anderen Worten werden die Bauteile 2, 3 wenigstens einem der genannten Verbindungsschritte unterzogen, um die Stoffschlusseinrichtung 4 zwischen den Bauteilen 2, 3 zu erzeugen, wodurch die Bauteilanordnung 1 gefertigt bzw. hergestellt wird.
Dahingegen wird das zweite Stoffschlusselement 16, mittels dessen die Bauteile 2, 3 in der zweiten Fügezone 14 stoffschlüssig miteinander verbunden sind oder werden, durch wenigstens einen der folgenden Verbindungsschritte hergestellt: Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen und/oder Kleben. Hierbei ist es ebenfalls besonders bevorzugt, dass ein Ofenlötprozess ausbleibt. Das bedeutet, dass die Bauteile 2, 3 in der zweiten Fügezone 14 - das heißt an der Kanalstruktur 11 - mittels eines anderen Verbindungsschritts bzw. mittels anderer Verbindungsschritte miteinander oder aneinander gefügt werden, wodurch die Bauteilanordnung 1 hergestellt wird. Der wenigstens eine Verbindungsschritt, der in der ersten Fügezone 13 stattfindet, welche insbesondere an dem Randbereich des entsprechenden Bauteils 2, 3 oder der Bauteile 2, 3 angeordnet ist, liefern eine besonders feste und stabile stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen 2, 3, wohingegen der wenigstens eine Verbindungsschritt, der in der zweiten Fügezone 14 stattfindet, eine vergleichsweise geringe Verbindungsqualität zwischen den Bauteilen 2, 3 bereitstellt. Da der Raum 5, der von dem Fluid durchströmbar ist, zum einen durch die Bauteile 2, 3 und zum anderen durch die Stoffschlusseinrichtung 4 fluidisch gegen die Umgebung der Bauteilanordnung 1 abgedichtet ist, ergibt sich so eine besonders effiziente und zuverlässige Dichtwirkung bzw. Dichtungsqualität durch den wenigstens einen Verbindungsschritt, der in der ersten Fügezone 13 stattfindet, um die Bauteile 2, 3 miteinander zu verbinden. Es ist so in besonders effizienter Weise verhindert, dass das Fluid, das im Betrieb der Bauteilanordnung 1 in oder durch den Raum 5 strömt, abseits der Fluidaustauschvorrichtung 6 in die Umgebung der Bauteilanordnung 1 austritt.
Weniger aufwendig herstellbar ist das zweite Stoffschlusselement 16 in der zweiten Fügezone 14, die an/in der Kanalstruktur 11 bzw. in der Kanaleinrichtung 12 angeordnet ist. Beispielsweise - und wie vorliegend dargestellt - weist die Kanaleinrichtung 12 eine Vielzahl von Kanalelementen 17 auf, die über einen Einströmkanal 18 und über einen Ausströmkanal 19 fluidisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten weist die Kanaleinrichtung 12 ein von dem Fluid durchströmbares Kanalnetzwerk auf, das insbesondere durch die Kanalelemente 17, den Einströmkanal 18 und den Ausströmkanal 19 gebildet ist. Es ist hierbei bevorzugt, wenn die einzelnen Kanalelemente 17 abseits des Einströmkanals 18 und/oder abseits des Ausströmkanals 19 gegeneinander fluidisch dicht sind. Dies gewährleistet das zweite Stoffschlusselement 16, da dieses auf/in der Kanalstruktur 11 angeordnet ist und somit unter einem Verbinden der Bauteile 2, 3 die Kanalstruktur 11 bzw. das Kanalnetzwerk gebildet wird, in dem die einzelnen Kanalelemente 17 ausgebildet werden. Jedoch ist ein Übertritt von Fluid, das durch das Kanalnetzwerk bzw. durch die Kanalelemente 17 strömt, zwischen den einzelnen Kanalelementen 17 weniger nachteilig als ein Austreten des Fluids aus der gesamten Bauteilanordnung 1. Insoweit kann auf eine besonders strikte Dichtung zwischen den einzelnen Kanalelementen 17 verzichtet werden, wodurch letztendlich die Bauteilanordnung 1 bzw. der Luft-Wasser-Wärmetauscher des Kraftwagens besonders aufwandsarm herstellbar ist, da das Ausbilden des zweiten Stoffschlusselements 16 weniger aufwendig ist als das Ausbilden des ersten Stoffschlusselements 15.
Wenigstens eines der Bauteile 2, 3, wobei es sich bei dem entsprechenden Bauteil jeweils um ein Oberteil oder um ein Unterteil handelt, weist ein Material auf, das zumindest 50 Gewichtsprozent Aluminium aufweist. Das bedeutet, dass es sich bei dem entsprechenden Bauteil 2, 3 um ein Bauteil handelt, dessen Material von einer Aluminiumbasislegierung ist. Bei dieser Aluminiumbasislegierung handelt es sich in bevorzugter Weise um eine aushärtbare Aluminiumlegierung, beispielsweise eine Aluminiumlegierung aus der Gruppe 6000 (vergleiche DIN EN 573-3/4). Das bedeutet, dass diese Aluminiumlegierung neben den 50 Gewichtsprozent Aluminium Magnesium und Silizium als Legierungselemente aufweist.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das jeweilige Bauteil 2, 3 als ein Aluminium-Blechmaterial bereitgestellt wird. Bei einem solchen Blechmaterial handelt es sich insbesondere um einen zumindest zweilagigen Verbundwerkstoff. Des Weiteren ist es denkbar, dass das jeweilige Bauteil 2, 3 aus einem Aluminium-Gussmaterial, einem Aluminium-Schmiedematerial, einem Aluminium-Strangpressmaterial oder aus einem additiv bzw. generativ hergestellten Aluminiummaterial besteht.
Bei dem Verfahren zum Herstellen der Bauteilanordnung 1 ist es des Weiteren vorgesehen, dass wenigstens eines der Bauteile 2, 3 thermisch behandelt wird. Das bedeutet, dass wenigstens eines der Bauteile 2, 3 vor dem stoffschlüssigen Verbinden mit dem entsprechenden anderen der Bauteile 2, 3 in einem sogenannten lösungsgeglühten Zustand vorliegt. Das bedeutet für das Verfahren, dass das entsprechende Bauteil 2, 3 als lösungsgeglühtes Bauteil 2, 3 bereitgestellt wird. Insbesondere ist dann vorgesehen, vor und/oder nach dem Fügeprozess eine Warmauslagerung zur Festigkeitssteigerung des Bauteils 2, 3 durchzuführen.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das entsprechende Bauteil 2, 3 thermisch behandelt wird, beispielsweise örtlich lösungsgeglüht wird, indem die Stoffschlusseinrichtung 4 hergestellt wird. Das bedeutet, dass eine Wärmeenergie, die zum thermischen Behandeln des entsprechenden Bauteils 2, 3 in dieses eingeleitet wird, zum Schließen des Stoffschlusses zwischen den Bauteilen 2, 3 genutzt wird.
Es ist bevorzugt, dass das entsprechende Bauteil 2, 3 vor dem Fügen und/oder nach dem Fügen zumindest örtlich eine 0,2-%-Dehngrenze von mindestens 150 N/mm², insbesondere von mindestens 180 N/mm², aufweist. Diese hohe Festigkeit bzw. Hochfestigkeit wird erzielt durch die Kombination von verwendeter Aluminiumlegierung und/oder verwendeten Fügeprozessen und/oder mindestens einem verwendeten Wärmebehandlungsprozess. Hierbei kann der wenigstens eine Wärmebehandlungsprozess vor dem Fügen, im Zuge des Fügens und/oder zwischen einzelnen Fügeschritten sowie nach dem letzten Fügeschritt durchgeführt werden.
Um zu vermeiden, dass sich die Bauteilanordnung 1 bei einem Fügen und/oder bei einer Wärmebehandlung in unerwünschter Weise hinsichtlich Außenabmessungen der Bauteilanordnung 1 verzieht, ist es von besonderem Vorteil, dass eine Prozesstemperatur, mittels derer die Wärmebehandlungsprozesse an der Bauteilanordnung 1 durchgeführt werden, weniger als 300 °C (Grad Celsius) beträgt. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Wärmebehandlungsprozess nach Beginn einer ersten Fügeoperation erfolgt.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie die Bauteilanordnung 1 bereitgestellt wird, die besonders stabil und besonders effizient und aufwandsarm herstellbar ist. Insbesondere ist die Bauteilanordnung 1 besonders maßhaltig und ökonomisch günstig herzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Bauteilanordnung
2: Bauteil
3: Bauteil
4: Stoffschlusseinrichtung
5: Raum
6: Fluidaustauschvorrichtung
7: Einströmseite
8: Einströmöffnung
9: Ausströmseite
10: Ausströmöffnung
11: Kanalstruktur
12: Kanaleinrichtung
13: Fügezone
14: Fügezone
15: Stoffschlusselement
16: Stoffschlusselement
17: Kanalelement
18: Einströmkanal
19: Ausströmkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2454547 B1 [0003]
WO 2020/074119 A1 [0004]

Claims

Bauteilanordnung (1) für einen Kraftwagen, welche ein erstes Bauteil (2) und ein zweites Bauteil (3) aufweist, die derart ausgebildet und über eine Stoffschlusseinrichtung (4) stoffschlüssig derart miteinander verbunden sind, dass zwischen den Bauteilen (2, 3) ein von einem Fluid durchströmbarer Raum (5) ausgebildet ist, welcher durch die Bauteile (2, 3) und durch die Stoffschlusseinrichtung (4) gegen eine Umgebung der Bauteilanordnung (1) fluidisch abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffschlusseinrichtung (4) ein erstes Stoffschlusselement (15), das mittels eines ersten Verbindungsverfahrens hergestellt ist, und ein zweites Stoffschlusselement (16), das mittels eines von dem ersten Verbindungsverfahren unterschiedlichen zweiten Verbindungsverfahrens hergestellt ist, umfasst.
Bauteilanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Bauteile (2, 3) eine Kanalstruktur (11) ausgebildet ist und hierdurch in dem Raum (5) zwischen den Bauteilen (2, 3) eine Kanaleinrichtung (12) ausgebildet ist, indem zwischen den an der Kanalstruktur (11) aneinanderstoßenden Bauteilen (2, 3) dort das zweite Stoffschlusselement (16) ausgebildet ist, über welche die Bauteile (2 ,3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Bauteilanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Stoffschlusselements (15) eine höhere Dichtungsqualität erzeugt ist als mittels des zweiten Stoffschlusselements (16).
Bauteilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stoffschlusselement (15), mittels dessen die Bauteile (2, 3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind, durch wenigstens einen der folgenden Verbindungsschritte hergestellt ist: - Reibrührschweißen, - Ultraschallschweißen, - Induktionslöten, - Laserlöten, - Elektronenstrahllöten und/oder - Kleben, insbesondere unter einem Ausbleiben eines Ofenlötprozesses.
Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stoffschlusselement (16), mittels dessen die Bauteile (2, 3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind, durch wenigstens einen der folgenden Verbindungsschritte hergestellt ist: - Laserschweißen, - Elektronenstrahlschweißen und/oder - Kleben, insbesondere unter einem Ausbleiben eines Ofenlötprozesses.
Bauteilanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material wenigstens eines der Bauteile (2, 3) zumindest 50 Gewichtsprozent Aluminium aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Bauteilanordnung (1), die wenigstens zwei Bauteile (2, 3) umfasst und insbesondere eine Kraftwagenkomponente bildet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bauteile (2 ,3) thermisch behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bauteile (2, 3) thermisch behandelt wird, indem die Stoffschlusseinrichtung (4) hergestellt wird.