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DE10360900A1 - Wärmetauscher und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Detlef Cieslik
Thorsten Kusnik
Harald Stickel
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Abstract

Ein Wärmetauscher wird hergestellt aus einer Trägerplatte (1), einem Formteil (3) aus einem wärmeisolierenden Material, das eine Oberfläche (8) mit einer auf dieser Oberfläche (8) verlaufenden Rinne (9) aufweist, und einem entsprechend dem Verlauf der Rinne (9) geformten Rohr (2) für ein Wärmeträgerfluid, indem das Rohr (2) in der Rinne (9) platziert und die Trägerplatte (1) an mit dem Rohr (2) vesehenen Oberfläche (8) befestigt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfer für ein Kältegerät, wie etwa einen Haushaltskühl- oder -gefrierschrank, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Aus DE 102 18 826 A1 ist ein Wärmetauscher bekannt, der aus einer Trägerplatte, einem sich mäanderförmig über die Trägerplatte erstreckenden Rohr für ein Kältemittel und einer wärmeisolierenden Schicht aus einer Bitumenzusammensetzung aufgebaut ist. Die Bitumenschicht wird zunächst in Form einer Platte auf die Anordnung aus Trägerplatte und Kältemittelrohr aufgelegt und dann mit Hilfe eines Stempels angeformt, in welchem eine mäanderförmige Rinne entsprechend dem Verlauf des Kältemittelrohrs auf der Basisplatte gebildet ist.
  • Bei der Herstellung des Verdampfers muss streng darauf geachtet werden, dass das Kältemittelrohr auf der Trägerplatte exakt entsprechend dem Verlauf der Rinne des Stempels platziert wird. Wenn das Rohr nicht mittig in der Rinne zu liegen kommt, ergeben sich unterschiedliche Dicken der Bitumenschicht an einander gegenüberliegenden Seiten des Rohrs, oder die Bitumenschicht reißt beim Anformen an die Basisplatte und das Kältemittelrohr stellenweise auf. Wenn die Positionsabweichung so stark ist, dass das Rohr nicht mehr innerhalb der Rinne liegt, so wird es beim Andrücken des Stempels flach gequetscht und der Verdampfer so zerstört.
  • Der Hub des Stempels muss wenigstens so groß sein, dass die Bitumenschicht im Bereich zwischen den Mäandern des Kältemittelrohrs mit der Trägerplatte in Kontakt kommt. Wenn der Hub größer als hierfür unbedingt notwendig ist, wird das Bitumenmaterial in die Zwickel zwischen der im Querschnitt elliptischen Rohrleitung und der Trägerplatte getrieben. Das bekannte Verfahren ist daher nicht brauchbar, wenn anstelle der Bitumenplatte eine Platte aus einem hochwirksam wärmeisolierenden Material angeformt werden soll, da das Eindringen eines solchen Materials in die Zwickel den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittelrohr und der Basisplatte und damit die Effizienz des Verdampfers beeinträchtigen würde.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, das die Herstellung hochwertiger Wärmetauscher auch bei geringen Anforderungen an die Herstellungstoleranzen erlaubt, bzw. einen Wärmetauscher anzugeben, der mit einem solchen Verfahren herstellbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, dass das Formteil aus wärmeisolierendem Material von vornherein mit einer auf dessen Oberfläche verlaufenden, vorgeformten Rinne bereitgestellt wird, in welcher das Rohr platziert wird, bevor die Trägerplatte an der Oberfläche befestigt wird. Auch wenn die Krümmungswinkel an den diversen Biegungen des Rohrs geringfügig von entsprechenden Winkeln der Rinne abweichen, kann das Rohr durch leichtes elastisches Biegen noch ohne Schwierigkeiten in die Rinne eingefügt werden. Ein Zerquetschen des Rohrs zwischen dem Formteil und der Trägerplatte ist so ausgeschlossen.
  • Vorzugsweise ist die Dicke des Rohrs senkrecht zu der Oberfläche des Formteils zunächst größer als die Tiefe der darin gebildeten Rinne, so dass das Rohr, auch wenn es am Boden der Rinne anliegt, ein Stück weit aus dieser herausragt. Wenn nun das Formteil und die Trägerplatte gegeneinander gedrückt werden, um wenigstens Teile der Oberfläche des Formteils mit der Trägerplatte in Kontakt zu bringen, wird gleichzeitig das Rohr zwischen der Trägerplatte und dem Formteil flachgedrückt, wodurch sich der Wärmeübergang zwischen der Platte und dem Rohr in erwünschter Weise verbessert.
  • Das Formteil kann einfach und wirtschaftlich durch Expandieren eines Kunststoffmaterials in einem Formwerkzeug hergestellt werden. Als zu expandierendes Kunststoffmaterial kommen insbesondere Polystyrol und Polyurethan in Betracht.
  • Um eine gute Isolationswirkung zu erzielen, ist ein hoher Porenanteil im expandierten Material wünschenswert; andererseits muss das expandierte Material eine zum Flachdrücken des Kältemittelrohrs ausreichende Festigkeit aufweisen. Bei einem Formteil aus Polystyrol hat sich eine Dichte von 30 bis 50 g/dm3, vorzugsweise ca. 40 g/dm3, als geeignet erwiesen.
  • Das Formteil und die Trägerplatte sind vorzugsweise durch Kleben, insbesondere mit Hilfe einer Klebefolie verbunden. Diese Klebefolie ist vorzugsweise am Formteil angebracht, da alternativ dazu an der Trägerplatte angebrachte Klebefolie jeweils an den vom Kältemittelrohr berührten Bereichen der Trägerplatte ausgespart sein müsste, um den Wärmeübergang zwischen Rohr und Trägerplatte nicht zu beeinträchtigen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht der Komponenten eines erfindungsgemäßen Verdampfers vor ihrem Zusammenbau; und
  • 2 einen Schnitt durch einen fertig zusammengebauten erfindungsgemäßen Verdampfer.
    •
  • In 1 ist eine Trägerplatte des Verdampfers aus Aluminium mit 1, ein Kältemittelrohr mit 2 und ein Formteil aus Polystyrolschaum mit 3 bezeichnet. Das Kältemittelrohr 2 hat einen Saugleitungsanschluss 4, der zum Anschließen an einen Einlass eines Verdichters vorgesehen ist, um verdampftes Kältemittel aus dem Rohr 2 abzuziehen, und eine Kapillare 5, die sich im Innern des Saugleitungsanschlusses erstreckt und vorgesehen ist, um flüssiges Kältemittel von einem Verflüssiger her zuzuführen. Das freie Ende der Kapillare 5 ist an einer Engstelle 6 des Kältemittelrohrs 2 verstemmt. Von hier aus durchfließt das Kältemittel das mäanderartig verlaufende Rohr 2 bis zu einer Anschlussstelle 7, wo es wieder auf dem Saugleitungsanschluss 4 mündet.
  • Das Formteil 3 ist eine Platte aus Polystyrolschaum, in deren Oberseite 8 eine Rinne 9 gebildet ist, deren Verlauf der Gestalt des Kältemittelrohrs 2 entspricht. Die Tiefe der Rinne 9 ist etwas geringer als der Durchmesser des vor dem Zusammenfügen der einzelnen Komponenten 1, 2, 3 des Verdampfers im Querschnitt noch kreisrunden Kältemittelrohrs 2. Die Dichte des Polystyrolsschaums beträgt 40 g/dm3. Ein schnell haftender Klebstoff ist auf die Oberseite 8 des Formteils 3 aufgetragen.
  • Der Verdampfer wird zusammengefügt, indem zunächst das Kältemittelrohr 2 in die Rinne 9 des Formteils 3 eingefügt wird. Die auf das Formteil 3 und das Kältemittelrohr 2 aufgelegte Trägerplatte 1 berührt zunächst nur das Kältemittelrohr 2. Die so geschaffene Anordnung wird zwischen zwei Stempeln einer (nicht dargestellten) Presse zusammengedrückt. Die Festigkeit des Materials des Formteils 3 und die Wandstärke des Kältemittelrohrs 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass eine plastische Verformung des Rohrquerschnitts auftritt, bevor die Oberseite 8 mit der Trägerplatte 1 in Kontakt kommt. Dabei kann es, wie in 2 dargestellt, in Bereichen des Formteils 3 am Boden der Rinne 9 zu einer Verdichtung des Schaummaterials kommen. Die Kraft der Presse ist jedoch so festgelegt, dass das Formteil 3 nicht auf seiner ganzen Fläche gestaucht werden kann, sondern die Bewegung der Stempel zum Erliegen kommt, wenn die Oberseite 8 die Trägerplatte 1 berührt. Ein Eindringen des Materials des Formteils 3 in die Zwickel 11 zwischen dem Kältemittelrohr 2 und der Trägerplatte 1 ist bei dem gezeigten Beispiel so ausgeschlossen. Je nach Wahl der Dichte für das geschäumte Polystyrol-Formteil 3 können die Zwickel 11 jedoch auch mit dem Material des Formteils 3 verfüllt sein.
  • Wenn die Bewegung der Presse aufhört, bleibt im Allgemeinen eine elastische Restverformung des Kältemittelrohrs 2 zurück, so dass dieses zwischen der Trägerplatte 1 und dem Formteil 3 unter Druck steht, die Klebstoffschicht während zwischen der Oberseite 8 und der Trägerplatte 1 zugbelastet ist. Im Laufe der Alterung des Verdampfers können diese elastischen Spannungen durch eine fortschreitende Stauchung der Bereiche 10 abgebaut werden.
  • Ein Temperaturfühler 12 zur Überwachung der Temperatur des Verdampfers kann in eine sich vom Rand des Formteils 3 aus zwischen zwei parallele Abschnitte der Rinne 9 erstreckende Rille 13 vor oder nach dem Zusammenkleben von Trägerplatte 1 und Formteil 3 eingefügt werden.
  • Einer zweiten Ausgestaltung zufolge werden Trägerplatte 1 und Formteil 3 anstatt mit Hilfe eines aufgetragenen Klebers mit Hilfe einer Klebefolie aneinander befestigt. Diese Klebefolie wird vor dem Einfügen des Kältemittelrohrs 2 in die Rinne 9 auf die Oberseite 8 des Formteils 3 aufgebracht. Das Kältemittelrohr 2 wird dann auf die Klebefolie oberhalb der Rinne 9 aufgelegt und in die Rinne 9 hineingedrückt, wobei die Klebefolie je nach Materialbeschaffenheit entlang der Rinne 9 reißen oder gedehnt werden kann. Wie bei der zuvor betrachteten Ausgestaltung finden das Abflachen des Kältemittelrohrs 2 und das Aneinanderkleben von Trägerplatte 1 und Formteil 3 in einem gleichen Arbeitsgang statt.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers mit den Schritten a) Bereitstellen einer Trägerplatte (1), eines Formteils (3) aus einem wärmeisolierenden Material, das eine Oberfläche (8) mit einer auf dieser Oberfläche (8) verlaufenden Rinne (9) aufweist, und eines entsprechend dem Verlauf der Rinne (9) geformten Rohrs (2) für ein Wärmeträgerfluid, b) Platzieren des Rohrs (2) in der Rinne (9), c) Befestigen der Trägerplatte (1) an der Oberfläche (8).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Rohrs (2) senkrecht zu der Oberfläche (8) größer ist als die Tiefe der Rinne (9), und dass das Rohr (2) zwischen der Trägerplatte (1) und dem Formteil (3) flachgedrückt wird, bis wenigstens Teile der Oberfläche (8) die Trägerplatte (1) berühren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) durch Expandieren eines Kunststoffmaterials hergestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polystyrol ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polystyrol auf eine Dichte von 30 bis 50 g/dm3 expandiert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen durch Kleben erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) des Formteils (3) vor dem Zusammendrücken mit einer Klebefolie versehen wird.
  8. Wärmetauscher mit einer Trägerplatte (1), einem an der Trägerplatte (1) befestigten Formteil (3) aus einem wärmeisolierenden Material, in dem an einer der Trägerplatte (1) zugewandten Oberfläche (8) eine Rinne (9) gebildet ist, in der sich ein Rohr (2) für ein Wärmeträgerfluid erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (9) an dem Formteil (3) vorgeformt und das Rohr (2) in die Rinne (9) eingefügt ist.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zumindest abschnittsweise abgeflacht ist und mit der Abflachung an der Trägerplatte (1) anliegt.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) durch das wärmeisolierende Material des Formteils (3) bis zur Abflachung hin umschließt.
  11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) zwischen der Trägerplatte (1) und dem Formteil (3) in Tiefenrichtung der Rinne (9) druckbelastet ist.
  12. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (3) aus einem expandierten Kunststoffmaterial hergestellt ist.
  13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierte Kunststoffmaterial am Boden der Rinne (9) verdichtet ist.
  14. Wärmetauscher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polystyrol ist.
  15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierte Polystyrol eine Dichte von 30 bis 50 g/dm3 hat.
  16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerplatte (1) und Formteil (3) verklebt sind.
  17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Klebefolie zwischen der Trägerplatte (1) und dem Formteil (3).
  18. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 17, gekennzeichnet durch eine an der Oberfläche (8) des Formteils (3) gebildete Rille (13) für einen Temperaturfühler (12).
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