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Kühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge Die Erfindung
betrifft einen Kühler, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge, mit Rohren
aus Aluminium und anderen Leichtmetallen.
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Es ist wünschenswert, Wasser- oder Ölkühler aus Aluminium herzustellen,
da der Wärmeleitkoeffizient dieses -Metalls imVerhältnis zu seiner geringen Dichte
sehr gut ist. Das Kupfer besitzt eine Wichte voll 8,6 g/cm3 und eine Leitfähigkeit
voll 3f;, -,vas einem Verhältnis voll
entspricht, während das Aluminium mit einer Wichte von 2,65 g/cm3 und : iner
Leitfähigkeit voll 20,4 ein Verhältnis von werden bereits Kühler aus Aluminium ])ei
Flug-
ergibt, welches erheblich höher ist. Es zeugen verwendet, wo insbesondere die Gewichtsersparnis
erwünscht ist. Sie sind jedoch bei Kraftfahrzeugen wegen ihres hohen Preises wenig
verbreitet, und zwar wegen der Verwendung von durch Ziehen oder Formpressen hergestellten
Rohreh, Da die notwendigen Dicken. sehr gering -sind (voll der Größenordnung eines
zehntel Millimeters), ist das Ziehen schwierig und erfordert zahlreiche Arbeitsgänge
und `@'ärrneb-eliaiidlungen; außerdem weist das Eild-erzeugnis häufig Kratzer oder
poröse Stellen auf, die es für die Herstellung eines Kühlers unbrauchbar machen.
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Die vorliegende Erfindung hilft diesen Übelständen durch Schaffung
von Kühlern aus Aluininititil oder einer Leichtlegierung ab, bei denen kein
gezogenes
Erzeugnis verwendet wird, so dar sie weniger teuer sind; trotzdem ist die Betriebssicherlleit
höher als bisher.
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' Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung werden gewalzte Bänder oder
Platten aus Aluminium oder anderen Metallen oder Leichtmetallegierungen zu -Rohren
geformt, deren Ränder sich überlappen und durch Schmieden miteinander verschweißt
werden, worauf diese Rohre zu Bündeln zusammengesetzt und mit den üblichen SaimnIern
und Kasten verbunden werden. Das so benutzte gewalzte Metall ist dichter und besitzt
eine gleichmäßigere Stärke als die gezogenen Metallerzeugnisse und ist frei von
Kratzern oder anderen -Oberflächenbeschädigungen, die stets bei gezogenen Rohren
auftreten.
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Zweckmäßig werden die Flächen für den mittelbaren Austausch; wie Kühlrippen
oder Zwischenstücke, aus Tafeln aus Aluminium oder einem anderen gewalzten Metall
durch Stanzen, Drücken, Filzen und andere übliche Verfahren hergestellt und auf
aus gewalzten Streifen gerollte Rohre aufgesetzt und in der oben angegebenen Weise
durch Schmieden verschweißt.
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Gemäß der Erfindung kamt auch eine Anlage zur Fließfertigung von Kühlerrohren
nach dein obigen Verfahren erstellt werden, welche die folgenden Teile aufweist:
Eine Haspel, von der das Band aus .Aluminium oder einem anderen Metall abgerollt
wird; ein Beizbad, welches von diesem Band durchlaufen wird; einen Satz von Verformungsrollen,
welche dem Band die Formeiner Rinne gehen; einen festen Dorn, unter welchem diese
Rinne vorbeiläuft; einen Satz von Verformungsrollen,welche die Ränder der Rinne
über deut Dorn zur Bildung eines Rohres finit einander überlappenden Rändern schließen;
eine Vorrichtung zur Erhitzung dieser Ränder; eine gekühlte Tragrolle, welche die
.durch das Rohr und den Dorn gebildete Anordnung -sowie eine Schmiederolle hält,
welche auf die einander überlappenden, erhitzten Ränder des Rohres den zur Erzielung
ihrer Verschweißung nötigen Druck ausübt; eine Kühlvorrichtung-, wie z. B. -ein
Gebläse, und eine Vorrichtung, welche die Rohre in Stücke geeigneter Länge schneidet.
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In der Zeichnung sind Ausfüllrüngsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i einen Schnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Anlage zur Fließ-Fertigung
in schematischer Darstellung, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
F ig. ,4, 5 und 6. Querschnitte von Rohren gemäß der Erfindung.
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Ii ig. 7 -eine schaubildliche Ansicht eines Sammlers, Fig,. 8 eineu
Schnitt nach Linie VIII-VIII der 1.; ig. 7, Fig. 9 einen Schnitt nach Linie IX-IX
der Fig. 7, Fig. io einen Schnitt durch eine schematische Darstellung der Anbringung
eines Sammlers; Fig. i i einen Schiritt zur Veranschaulichung der Befestigung des
Wasserkühlers an den Sammlern, Fig. 12 einen Schnitt nach Linien 1II-1II
der Fig. 11, Fig, 13 einen Teilschnitt zur Veranschaulichung der Verschweißung
der Unterteile mit dem Wasserkalten, Fig. 14 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,-
bei welcher das Rohr aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist.
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Gemäß Fig. i wird ein durch Walzen hergestelltes Band i aus Aluminium
oder einem anderen Leichtinetall zu einem Rohr geformt, dessen beide Ränder i',
i" einander überlappen, worauf das so gebildete Rohr auf einen Dorn 2 aufgeschoben
wird.
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Das so auf den Dorn aufgeschobene Rohr stützt sich auf ein Haltewerkzeug
3 geeigneter Form, «-elches jedes Nachgeben verhindert, worauf ein Werkzeug 4. nach
Erhitzung der beiden Ränder i', i" auf ungefähr 5oo° einen starken Druck auf die
beiden Ränder ausübt, die gut auf dem Teil 2 des einen Amboß bildenden Dornes aufliegen,
so daß die beiden Ränder i', i" unter der vereinten Wirkung der Wärme und des Druckes
durch Schmieden miteinander verschweißt werden, obwohl die Temperatur stets niedriger
als die Schmelztemperatur des Metalls gehalten wird, nämlich ioo bis 2oo° unterlialb
dieser letzteren.
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Die beiden Ränder i', i" wurden vorzugsweise vorher durch ein beliebiges,
-all sich bekanntes Mittel blank gebeizt.
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Der Dorn :2 besitzt innere Kanäle 5, 6, durch welche man kalte oder
warme Luft strömen lassen kann, um diesen Dorn auf der erfahrungsgemäß günstigsten
Temperatur zu halten.
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Das Werkzeug 3 besitzt ebenfalls einen oder uiehrere Kanäle 7; und
das Werkzeug -. weist einen oder mehrere Kanäle S auf, durch welche eine Flüssigkeit,
z. B. kaltes Wasser, strömt, welches zur Kühlung dieser @NTerkzeuge dient.
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Die Kanäle-5, 6, 7 und 8 können durch jede beliebige andere Vorrichtung
ersetzt werden, welche gestattet, die Werkzeuge und die Werkstücke auf die erfahrungsgemäß
zweckmäßigen Temperaturen zti bringen und auf diesen zu halten, z. B. Heizung mittels
eines elektrischen Widerstandes, durch Induktion usw.
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Die Werkzettge.3 und d. können die Form von Rädern oder Rollen haben,
um eine fortlaufende Schweißung zu gestatten.
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Fig.2 zeigt einte Anlage zur Fließ'fertigulig. Das gewalzte bandförmige
Leichtmetall wird von der Rolle g abgesetzt. Es wird durch einen ein Beizbad enthaltenden
Behälter io geführt und durchläuft dann nacheinander die Forinwalzeilpaare i 1,
1:2, 13, welche die Forintxng des Bandes zti einer Rinne oder einem nicht
geschlossenen Rohr bewirken. Leim Austritt aus dem Paar 13 schiebt sich die Rinne
unter einen an einem Halter 15 aufgehängten Dorn 1d., worauf ein Satz von
Formwalzen 16 die Form-#gebung des Rohres vervollständigt, indem er es schließt;
um die bei i', i" in Fig. i dargestellte tfiberlappung seiner Ränder zii erreichen.
Eine Heizvorrichtung, z. B'. ein Gasbrenner 17, erhitzt die
einander
überlappenden Ränder des Rohres auf eine angemessene Temperatur, wie z. B. die oben
angegebene, worauf das stets auf dem Dorn 14 gleitende Rohr zu einer Führungsrolle
18 gelangt, gegen welche dieses Rohr und der Dorn sich abstützen, worauf die Schmiederolle
i9 einen starken Druck auf die Ränder 1', i" ausübt und, diese miteinander verschweißt
werden. Ein Gebl,äae 20 kann einen Strom von Kühlluft gegen das fertige Rohr i blasen,
worauf eine durch einen Elektromotor angetriebene Schneidevorrichtung 21, z. B.
eine Kreissäge, das in Fließfertigung hergestellte Rohr in Stücke geeigneter Länge
schneidet.
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Es ist noch zu bemerken, daß einzig und allein das Rohr auf die zur
Verschweißung des Aluminiums durch Schmieden erforderliche Temperatur erhitzt wird,
während die Werkzeuge auf einer merklich niedrigeren Temperatur gehalten werden,
indem man z. B. ein System zur Kühlung dieser Werkzeuge vorsieht, wie auf Fig. i
angegeben.
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Dieses Arbeitsverfahren bietet gegenüber dem nur in einer Heizung
der Werkzeuge bestehenden Verfahren folgende Vorteile: a) die Verformung der Werkzeuge
und infolgedessen die Abnutzung ist geringer; b) die Werkstücke bleiben nicht an
den @@@'erkzeugen hängen, was bei Fließarbeit sehr wesentlich ist; c) die Werkzeuge
verziehen sich nicht.
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Die hergestellten Rohre können einen beliebigen Querschnitt aufweisen,
der z. B. kreisförmig, oval, flach, länglich iisw. sein kann.
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Fig.3 stellt eine andere Art der Formgebung eines Rohres 2-2 dar,
bei welchen- die beiden Ränder 22, .22" des das Rohr bildenden Streifens
durch Scliiiiieden seitlich mit Hilfe einer Stützrolle -23 und einer Schmiederolle
2d. miteinander verschweißt werden. Diese beiden Rollein drücken liier unniittelbar
auf das Metall, so claß kein Dorn -2 für die Schweißung erforderlich ist. Man kann
höchstens einen Dorn zur Führung des Rohres und zur Verineidung seiner Verformung
während des Schmiedens vorsehen. Das so hergestellte Rohr kann in besonders einfacher
Weise in Fließarbeit hergestellt werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Eine andere
Art der Herstellung eines Rohres besteht darin, daß nian nicht von einem einzigen
Streifen ausgebt, sondern von zwei Streifen, und das Rohr dadurch herstellt, daß
die beiden Ränder eines jeden Streifens miteinander verschweißt werden. Man erhält
so ein synnnetrisches Rohr, wobei sich die Verformungen wahrend des Schmiedens selbsttätig
ausgleichen, ohne daß` die Anordnung eines Dorns im Innern niitig wäre.
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Für den Fall, daß die Rohre eine besondere Form haben sollten, welche
eine neue Formgebung nach der Schweißung erforderlich macht, wird ein zweiter Satz
von Rollen unmittelbar hinter den Schweil)-rollen angeordnet, und der Innendorn
ist bis zum linde dieses Satzes verlängert, so daß das Rohr der neuen Formgebung
noch auf diesem Dorn unterworfen wird. Nach Verlassen des Dorns wird das l,'olir
dann in Stücke der gewünschten I@ängc: geschnitten. Diese letzte Formgebung kann
jedoch auch auf einer zweiten Maschine nach dem Zerschneiden des vorgearbeiteten
Rohres erfolgen. Dies gestattet die Anbringung eines Innendorns, der sich mit dem
Rohrabschnitt zwischen dem Rollenpaar vorwärts bewegt, ohne daß eine Längsreibung
zwischen Rohr Lind Dorn auftritt. Dieser letztere ist etwas länger als das Rohr.
Er hat die endgültige, gewünschte l@oi-in und wird nach der letzten Formgebung leerausgezogen.
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Fig. d. stellt z. B. im Schnitt ein Rohr 25 dar, welches gemäß: Fig.
i hergestellt ist und nach dem Schmieden einer neuen Foringebuiig unterworfen wurde,
welche es zu einem flachen, länglichen Rohr umformte.
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Fig. g zeigt ein nach Fig. i hergestelltes Rohr 26, welches ebenfalls
einer zusätzlichen Formgebung unterworfen wurde, wobei die zusammengeschweißten
Ränder -26', 26" an einer Seite des flachen Rohres angeordnet sind.
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Fig.6 stellt im Schnitt die erfindungsgemäße Herstellung eines Rohres
dar, welches für einen wabenförmigen Ölkühler, wie er insbesondere bei Flugzeugen
benutzt wird, bestimmt ist. Dieses Rohr wird aus einem flachen Streifen hergestellt,
der so geformt wird, daß zwei Hohlräume 27,:28 entstehen, wobei die Außenränder
29, 30 über einem die beiden Hohlräume trennenden Querteil 31 übereinandergelegt
«-erden. Eine durch zwei einggepreßte Rippen 33, 3d. versteifte Zwischenplatte
32 ist in der Mitte der Rohre angeordnet und zwischen dem Querteil 31 und den Rändern
29, 30 festgehalten. Die oben beschriebene Schweißung durch Schmieden gewährleistet
die innige Verbindung des Querteils 31, der Mitte der Zwischenplatte 32 und der
Ränder 29, 30.
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Uni ein wabenförmiges Bündel zu bilden, werden eine gewisse Zahl von
Rohren der in Fig.6 dargestellten Art aufeinandergesetzt, wobei diese Rohre finit
ihren Teilen 3.5, 36 aufeinander aufliegen. Die Verschweißung der Vorderseiten der
Rohre kann durch Hartlöten, Kitten oder finit Hilfe jedes anderen Verfahrens erfolgen,
indem man in der beim 7_usaiiiinenbau der wabenförinigen Kühler üblichen Weise einen
Reifen und Zwischenwände anordnet. Man erhält so einen Ölkühler, der die bekannten
U'abenkühler ersetzen kann und die oben erwähnten Vorteile. aufweist, welche von
der Verwendung von g r e wa17 -ten Streifen an Stelle der zur Herstellung der bekannten
Apparate dienenden gezogenen Rohre Herrühren. Das Rohr könnte auch durch einen vor
dein Schmieden zusammengeklammerten Streifen :;eb ldet werden, doch wäre diese Anordnung,
obwohl sie in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt, weniger vorteilhaft als
die oben dargestellten Formen, insbesondere wenn die Vereinigung der IZ.olire untereinander
oder auch mit einer Sammlerplatte die Verwendung eines Flußmittels erfordert, z.
13. bei autogener Schweißung oder Hartlötung.
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Die Klaininer bildet nämlich notwendigerweise Taschen, die für die
Wasch- oder Beizflüssigkeiten nach der Schweißung nicht mehr zugänglich sind. Diese
Taschen bleiben so mit Flußmittel gefüllt, welches früher oder später eine Anfressung
hervorruft,
die in kurzer Zeiteine Durchbohrung der Wand verursachen
kann.
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Um z. B. einen Kraftfahrzeugkühler finit Hilfe von Röhren der in Fig:
4. und 5 dargestellten Art herzustellen, werden diese Rohre, welche z. B. aus einer
Alun zinium-Mangan-Legierung bestehen und in Stücke geeigneter Länge geschnitten
sind, in fühlt ippen, z. B. aus Aluminium, in der üblichen Weise in mit einem Bund
versehene Löcher eingezogeli,wobei der Abstand der Kühlrippen etwas geringer als
in den üblichen Rohrbündeln finit Kupferrippen ist, uin die geringfügige Verringerung
der Wärmeleitfähigkeit auszugleichen. Das Rohrbündel wird innen und außen z. B.
durch Verchrornung oder durch irgendein anderes chemisches Schutzverfahren geschützt,
jedoch unter Ausschluß von -elektrolytischen Verfahren, welche keinerlei Sicherheit
für die Innenteile bieten.
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Man: schweißt hierauf auf diese Rohre Sammler 37 der üblichen Form,
wie siez. B. in Fig. 7 bis 9 dargestellt sind, wobei. diese Sammler z: B. aus einer
Aluminium-Mangan-Legierung bestehen. Fig. io zeigt beispielsweise ein Verfahren
zur Schweißung der Sammler auf die Rohre, welches darin besteht, daß man den Sammler
37, der auf die Enden der Rohre 33 des die I#,-iihlrippen 39 tragenden Rohrbündels
aufgebracht ist; sowie eine Härtlötplatte 40 in ein Flußmittelbad 41 eintaucht,
welches sich in einem Behälter 42 befindet und durch eine Vorrichtung 43 auf eine
oberhalb der Schmelztemperatur des Zusatzmetalls 40 liegende Temperatur erhitzt
ist, wobei das Metall vorher an der Stelle der zu bildenden Verbindung angebracht
wurde. Man kann z. B. als Zusatzmetall ein Hartlot mit io bis 13 °/o Silicium und
dem Rest Aluminium benutzen. Das Metall schmilzt und füllt durch Kapillarwirkung
die Verbindungsstellen aus, `wodurch die Dichtigkeit der Rohrenden gewährleistet
ist.
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Eine elegante Lösung besteht darin, daß man einen Sammler 37 benutzt,
der durch eine Tafel aus Aluminium oder einer Alumirlium-Mangan-Legierung gebildet
wird, die auf einer Seite mit einer gleichzeitig gewalzten Schicht eines Aluminium-Silicium-Hartlotes
plattiert ist..Die Hartlotplatte4o ist dann nicht mehr notwendig, und die Herstellung
der Verbindung ist somit erleichtert.
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Nach Abbeizung der Schweißnähte und Eilt fernung des überschüssigen
Flußmittels werden die Wasserkästen 44 (Fig. i i und 12) an den Sammlern 37 befestigt.
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Wien Fig. 12 zeigt, erfolgt diese Befestigung ebenfalls durch Verschweißung
mittels Schmieden der Flansche bei 45 mit Hilfe eines Stützwerkzeugs 46 und eines
Druckwerkzeugs 47. Diese Verschweißung durch- Schmieden erfolgt auf dein ganzen
Umfang des Kastens mit einer einzigen Abwärtsbewegung des Werkzeugs.
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Wie in Fig. 13 erkennbar ist; werden die Unterteile 4C7 und verschiedene
andere Teile ebenfalls durch Verschweißen mittels Schmieden bei 49 an dem Kasten44
befestigt.
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In Fig. 14 ist das Rohr aus zwei Streifen 50, 51 zusammengesetzt,
welche die Form von Halbschalen haben und deren Ränder 5.0', 50" und 51', 51" initeinander
durch Schmieden verschweißt sind. Die während des Schmiedens auftretenden Verformungsbeanspruchungen
gleichen sich selbsttätig aus. Es ist daher überflüssig, im Innern des Rohres einen
Dorn anzuordnen, und man erhält unmittelbar ein symmetrisches Rohr.
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Dieses Zusaminenbauverfahren durch Verschwelßung mittels Schmiedens
der Sammler, Kästen; Unterteile und anderen Teile kann natürlich auch durch andere
bekannte Verfahren, wie autogelle Schweißung, Hartlotung, Leimung, ersetzt werden.
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Der so hergestellte Kühler wird durch Stöpsel an allen Öffnungen Glicht
verschlossen, wobei einer dieser Stöpsel mit einem kleinen Federventil versehen
ist, welches entsprechend einem erfahrungsgemäß bestimmten geeigneten Druck eingestellt
ist. Er wird dann in einen Behälter getaucht, der einen Lehn enthält, dessen Viskosität
durch ein Verdünnungsmittel reguliert ist. Nach Abtropfen und Verdampfen des Verdünnungsmittelskornmt-dieVorrichtung
in einen Ofen, wodie Polymerisierung desLeims bei zSo bis 2o0° während etwa 1/2
Stunde erfolgt. Die im Innern des Kühlers befindliche Luft erwärmt sich und nimmt
an Volumen zu, der Druck steigt, und die überschüssige Luft wird durch das oben
erwähnte Ventil ausgetrieben. Die Druckentwicklung im Innern des Rohrbündels während
der Vornahme der Polymerisierung des Leims ist notwendig, um einen guten Kontakt
zwischen den Rohren und den Kühlrippen zu erhalten, der die Wärmeiibertragung von
den Rohren zu den Rippen, d. h. den thermischen Wirkungsgrad des Bündels, bedingt.
Der Leim kann eine beliebige Menge Farbstoff auf Aluminiumpulvergrundlage enthalten,
wodurch die Wärmeleitfähigkeit des Leims erhöht und außerdem dem Kühler ein schönes-
Aussehen verliehen wird, so däß er nicht mehr gestrichen zu werden braucht, wie
die Apparate aus Kupfer oder Stahl. Dieser Leim bietet ferner den Vorteil, die Gesamtheit
der Außenfläche des Kühlers gegen Oxydieren und Anfressen zu schützen. Die Menge
des Farbstoffes auf Aluminiumgrundlage sowie seine Korngröße werden so bestimmt,
daß man unter Beibehaltung eines hinreichenden Anteils der ursprünglichen Eigenschaften,
wie Haftvermögen, mechanische Widerstandsfähigkeit usw., des die Grundlage bildenden
Leims die beste Wärmeleitfähigkeit für den Leim erhält: Diese Befestigung der Kühlrippen
auf den Rohren durch Leimen ist nur als Beispiel angegeben. Sie könnte auch durch
eine Schweißung oder ein Tauchverfahren oder eine Ofenbehandlung unter Benutzung
eilfies Weichlots - oder eines Hartlots oder durch irgendein anderes ähnliches Verfahren
ersetzt werden.
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Es ist klar, daß der Aufbau des Kühlers, seine Befestigungsweise an
dem Fahrzeug, seine Verbindung mit dem Motor usw. den besonderen Eigenschaften des
die neue Vorrichtung bildenden Materials angepaßt sein müssen und daß es nicht notwendig
ist, die bei den früheren Kühlern aus Schwerlegierungen (Messing, Kupfer und Stahl)
verwendeten
Mittel vollständig beizubehalten. So wird man z. B. die Wasserkästen aus einer Leichtlegierung
vorzugsweise stärker wölben als die aus Messing; um die geringere Steifigkeit zu
berücksichtigen. Ebenso müssen wegen der größeren Ausdehnung der Aluminiumlegierungen
die Befestigungsorgane nachgiebiger sein, um die verschiedenen Dehnungen, z. B.
der Halterungsteile aus Stahl und des Kühlers, zuzulassen. Der Kühler lcönrite z.
B. durch eine Gurtung unter Zwischenschaltung von Weichkautschuk oder Leder befestigt
werden.
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Unter Berücksichtigung des Umstands, daß das Gewicht nur etwa die
Hälfte des Gewichtes eines gleichwertigen Kühlers aus Schwermetallen beträgt, können
die Befestigungsteile verkleinert und leichter gemacht werden.
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Zur Vermeidung der elektrolytischen Anfressung, der die Leichtmetallegierungen
ausgesetzt sind, wird man in dem Kühler keinen Teil aus Kupfer oder Messing verwenden,
wobei die als unerläßlich angesehenen Teile aus Stahl vorzugsweise einen Kadmiumüberzug
erhalten.