(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機付き車両の排ガス熱交換器の製造のための方法であって、該排ガス熱交換器が外側のジャケットと該ジャケット内に配置された配管で形成されている、前記方法において、
滑面状の表面部（６）の製造のために、前記排ガス熱交換器の少なくとも個々の構成部材がプラズマ研磨又は電解研磨によって表面処理され、前記排ガス熱交換器が特殊鋼で形成されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記排ガス熱交換器のための個々の配管が電解研磨されること、及び／又は前記ジャケットが電解研磨されるか、若しくは前記排ガス熱交換器全体が電解研磨されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
電解研磨される前記構成部材がアノードとして組み込まれ、前記個々の構成部材又は前記排ガス熱交換器全体が酸浴槽に浸漬されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記排ガス熱交換器が変形された刃板（１）で形成され、該刃板（１）がまず変形技術的に加工され、この変形後に電解研磨されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
電解研磨時に、処理されるべき構成部材の表面部（６）が前記酸浴槽における添加物の使用の下で均一に除去されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
電解研磨の継続時間及び／又は強さが変形度合に依存して選択されることを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
刃板（１）である構成部材が、電解研磨前に重量測定され、電解研磨後に初期重量の８５〜９９．８％となることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマ研磨又は電解研磨により、１．５μｍより小さな平均粗さＲｚが前記表面部（６）において生じること、及び／又は３０〜４０ｍＮ／ｍ若しくは３６〜３８ｍＮ／ｍの表面張力が生じることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記構成部材が、電解研磨後に非粘着コーティングによって被覆されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記刃板（１）である前記構成部材が、電解研磨後に、ガスシールドろう付け又は真空ろう付けによって溶着されることを特徴とする請求項４又は７記載の方法。
【請求項１１】
外側のジャケットと、該ジャケット内に配置された配管とを備え、請求項１記載の方法により製造された、原動機付き車両用の排ガス熱交換器において、
少なくとも排ガスを案内する表面部（６）が、プラズマ研磨又は電解研磨によって表面処理されていることを特徴とする排ガス熱交換器。
【請求項１２】
前記構成部材が、電解研磨後にガラスセラミックのコーティングによって被覆されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分における特徴に基づく、原動機付き車両の排ガス熱交換器の製造方法に関するものである。
【０００２】
さらに、本発明は、請求項１１の前提部分における特徴に基づく、原動機付き車両用の排ガス熱交換器にも関するものである。
【背景技術】
【０００３】
排ガス熱交換器の製造には、特に耐腐食性の金属材料が使用され、ここでは、錆びない特性を有するとともに、しばしば直ちに１０００℃より高温にまで達する所望の排ガス温度に耐える特殊鋼であり、そのため、これにより製造された排ガス熱交換器は、摩耗を示すことがない。
【０００４】
今日では、内燃機関、特に原動機付き車両において、環境負荷の削減に対する高い要求がなされている。これについて、特に排ガスに含まれる窒素酸化物の低減のために、高い不活性ガス割合によって燃焼ガス温度及びこれに伴う窒素酸化物の排出が減少するよう、内燃機関から排出された排ガスを再度燃焼プロセスへ供給される。再度戻される排ガスには、排ガスを案内する配管の内壁、したがって排ガス熱交換器においても堆積する粒子が存在する。なお、このプロセスは、スーティングとも呼ばれる。
【０００５】
排ガスを案内する配管及び特に排ガス熱交換器の管路の内面における粒子の体積により、排ガス背圧が上昇する。第１に、流れに使用される断面が減少し、第２に、内表面において、ここに堆積された粒子及びこれに伴う表面粗さの上昇により、流れ抵抗が上昇する。さらに、追加的なすす層が伝熱を悪化させ、最終的には、高いＮＯｘ排出をもたらしてしまう。
【０００６】
汚れ、すすによる汚染あるいはスーティングに対抗するために、従来技術において、排ガス熱交換器の内面をコーティングすることが知られている。このコーティングは、例えばノンスティック仕上げ又はこれに類するものによって製造されている。しかしながら、このようなコーティング過程は、特に２つの欠点があり、第１に、生産コストが上昇することであり、第２に、それに伴う、排ガス熱交換器の使用時における表面の改良が弱まることである。したがって、部分的に耐熱性となっていないため、このように製造された原動機付き車両の熱交換器の使用期間中における例えばコーティングの損傷又は消滅に至ってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題とするところは、スーティングに対して最適な表面を備えた排ガス熱交換器を製造することが可能な方法を提供することであり、このとき、同時に、熱交換器により生じる排ガス背圧が減少され、熱交換器の効率が寿命にわたってできる限り一定に保たれるとともに、熱交換器が特に安価に生産可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１における特徴に基づく、原動機付き車両の排ガス熱交換器の製造方法により達成される。
【０００９】
また、上記課題の具象的な部分は、更に請求項１１における特徴に基づく、原動機付き車両用の排ガス熱交換器により達成される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の構成要素である。
【００１１】
原動機付き車両の排ガス熱交換器の製造のための方法であって、該排ガス熱交換器が外側のジャケットと該ジャケット内に配置された配管で形成されている、前記方法は、均質で特に極微に平滑な表面部の製造のために、前記排ガス熱交換器の少なくとも個々の構成部材が電気化学的な除去方法で表面処理されることを特徴としている。
【００１２】
本発明による排ガス熱交換器は特にカセット熱交換器として製造されており、そのため、この熱交換器は、外側のジャケット、該ジャケットを覆うカバー及びジャケット内に配置された配管システムあるいは複数の管路で構成されている。これら管路自体は、例えばパイプあるいはパイプ束で形成されることができるが、互いに積層された板材で形成することもできる。そして、これら板材内又はパイプ内には、流れ方向転換機能及び／又は表面拡大機能を担う補足的なタービュレータ及び／又は刃板が設けられ得る。
【００１３】
本発明によれば、上述の少なくとも個々の構成部材、好ましくは全ての構成部材が電気化学的な除去方法によって表面処理されている。この電気化学的な除去方法は、特にプラズマ研磨又は電解研磨である。これにより、個々の構成部材の表面、特に排ガスを案内する表面が本発明による方法によって処理される。
【００１４】
この表面がこのように均質化、特に平滑にされているため、すす粒子又はその他の汚れの付着する可能性が大幅に低減される。特に、内部に位置する表面が電気化学的な除去方法によって処理される。この除去方法により熱交換器内での小さな圧力損失が達成され、任意で追加的に形成されたコーティングがスーティングを低減し、これにより、熱交換器の金属材料と案内される排ガスの間に障壁がもたらされる。
【００１５】
本発明の好ましい一実施形態においては、排ガス熱交換器が変形された刃板で形成されている。したがって、板状材料から個々の刃板が変形され、このことは、変形方法、特に板材変形方法によって、例えば板プレスにおいてなされる。そして、個々の刃板は三次元的に変形された表面構造を備えており、この表面構造は、刃板を超えて流れる媒体の乱流生成に基づき、良好な熱移動を実現するものである。これについて、刃板は、まず変形技術的に板状材料から製造され、そして、変形後に電気化学的な除去方法によって表面処理、特に電解研磨される。
【００１６】
このとき、電解研磨の継続時間及び／又は強さが、特に好ましくは変形時に生じる変形度合に依存して選択される。この「継続時間」とは、各構成部材、特に刃板が酸浴槽において処理される時間と理解される。また、「強さ」とは、第１に酸浴槽の選択自体あるいはこれに加えられる添加剤であり、第２に電解研磨中に印加される電圧と理解される。両因子、すなわち継続時間及び／又は強さは、特に好ましくは変形度合に依存して選択される。また、変形によってクラックあるいはマイクロクラックが特に板状材料の表面に生じ、電解研磨は、好ましくは、最大に生じるクラックを考慮して表面が所望の量だけ除去されるよう選択される。これにより、表面においてクラックが存在しないか、又は無視できる程度のクラックが存在する。特に、電解研磨は、表面から材料中心へ向かって延びるクラックの７０％、特に好ましくは８０％、特に９０％より多くが材料の表面から除去されるようなされる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、添加剤、特に化学的な添加剤の使用下で、酸浴槽内において、処理すべき部材の表面が均一に除去されることが実現されるようになっている。特に、三次元に変形された部材の表面が均一に除去される。したがって、このように製造された刃板は、ポジティブ又はネガティブなコーナ部において弱い部分が生じない。そのため、電解研磨後においても、部材の十分な強度が存在する。
【００１８】
さらに、本発明によれば、構成部材、特に刃板が、電解研磨前に変形技術的に加工され、電解研磨後にその初期重量の８５〜９９．８％を有している。特に、構成部材は、電解研磨後に、その初期重量の９９〜９９．５％、特に好ましくは９５〜９９％及び特に９７〜９９％の重量を有している。これにより、想定される変形度合及びこのとき生じる機械的な表面特性に関して、除去された表面及びこれにより得られた電解研磨後の表面特性の逆推論（Rueckschluss）がなされる。
【００１９】
さらに、電気化学的な除去方法、特に電解研磨によって、表面において１．５μｍより小さな平均粗さＲｚが生じる。これに代えて、又はこれに加えて、３０〜４０ｍＮ／ｍ、特に３６〜３８ｍＮ／ｍの表面張力（Oberflaechenspannung）が生じる。このように形成された表面特性は、本発明により、特に良好な伝熱性、最適に実行可能な表面の任意のコーティングに関して、及び各構成部材、特に個々の刃板の互いの結合のためのはんだ付け過程（Loetvorgang）に対して利点を有することが明らかとなった。
【００２０】
表面は、特に内燃機関、特にガソリンエンジン及び／又はディーゼルエンジンの燃焼プロセスにおいて生じる粒子に対して最適化された表面を有している。したがって、この粒子は、表面に付着しない。このとき、表面粗さは電気化学的な除去方法により低減し、そのため、この除去方法は、電気化学的な平滑化ともいえる。ここで、この方法は、金属製の表面のマイクロクラックを減少させる。そして、粗さピークは、粗さ谷部よりも迅速に除去される。しかしながら、全体として、精密なばり取り、また、粗さ谷部をトレースした範囲がなされ、そのため、排ガスに含まれる粒子が排ガスを案内する排ガス熱交換器の表面において付着するのが困難となる。さらに、すでに付着した粒子は、わずかな付着力により、大きな質量流量によって再び除去され得る。
【００２１】
さらに、本発明の範囲においては、パイプの場合にはパイプ配管、波状板材（Wellenblech）の場合には波状板材又は全体的な熱交換器の場合には全体的な熱交換器を熱交換器カセットの形態で本発明による電気化学的な除去方法によって処理することが可能である。したがって、例えば熱交換器カセット全体が電解研磨される。
【００２２】
これについて、電気化学的な除去方法によって処理すべき部材は、まず、前処理、特に洗浄されるとともに油脂が除去され、特に好ましくは、この部材は、化学的に前処理され、そして浸漬槽（Tauchbad）において電気化学的な除去方法によって更に処理される。ここで、この浸漬槽自体は、特に酸浴槽、特に混合リン酸浴槽（Phosphorgemischsaeurebad）及び／又は混合硫酸浴槽（Schwefelgemischsaeurebad）であり、この槽には、処理されるべき部材が浸漬される。そして、好ましくは３〜１５Ｖの電圧をアノードとしての部材及び特に複数のカソードである、槽内にあるカソードに印加することで、適当な研磨過程あるいは電解研磨へ導く表面除去がなされる。
【００２３】
電気分解による手段において、処理すべき部材の表面における金属イオンが除去される。
【００２４】
本発明の範囲においては、部材を電解研磨だけでなくプラズマ研磨によって処理することも可能である。プラズマ研磨においては、塩類溶液混合物（Salzloesungsgemisch）で構成された浸漬槽へ部材を入れることが可能であり、電解研磨とは異なり、明らかに高い電圧が生じる。これにより、プラズマフィルムがワークピース周りに案内され、このプラズマフィルムにより、ここでも金属イオンの除去及びこれに伴う表面の平滑化がなされる。ここで、小さな電極における電解質の局所的なガス発生によりガス流が生成され、このガス流は、ワークピースの全体的な面を覆うとともに、これによりプラズマ膜（Plasmahaut）の形成が可能となる。これにより、マイクロ粗さが平滑化されるとともに角が除去され、かつ、有機的及び無機的な汚染物質が取り除かれる。プラズマ研磨においては、準備された徹底的な部材の洗浄が不要であり、これにより、前処理ステップが不要となるとともに、これにより生産コストが減少する。
【００２５】
さらに、それぞれ処理された表面においては、１．５μｍより小さな平均粗さＲｚが形成される。特に、本発明による電気化学的な除去方法で処理するために、以下のグループから成る材料が使用される：１．４３０１，１．４３０７，１．４５２１，１．４５０９，１．４４０１，１．４４０４。
【００２６】
さらに、本発明の範囲においては、電気化学的な除去方法の後の排ガス熱交換器の平滑化された表面を更にコーティングすることも考えられる。特に、排ガスを案内する内面がコーティングされる。これについて、例えば、処理された表面をセラミックのコーティングによって、又はゲルコーティングを備えることが可能であり、このゲルコーティングは、表面に焼き付けられる。さらに、特に好ましくは、特に酸化ケイ素層であるガラスセラミックのコーティングが形成される。
【００２７】
コーティングは、排ガスあるいは排ガス中の粒子が表面に付着する（versotten）のを阻止するものである。したがって、強く低減されたスーティングあるいは非常に回避されるべきスーティングに基づき、本発明によれば、このように製造された原動機付き車両用の熱交換器の動作中、特に長時間動作中に、高い伝熱性を保障することが可能である。
【００２８】
さらに、各部材は特に好ましくは電解研磨後に互いにはんだ付けされ、このはんだ付けは、特にガスシールドろう付け又は真空ろう付けとして行われる。ここで、ガスシールドろう付けは、特に１００％のＨ２雰囲気下において、本質的に−４０℃の露点においてなされる。また、このとき、ろう付け温度自体は、９８０〜１１００℃である。特別な利点は、基礎材料の酸素アフィン成分がここでは酸化されないため、コーティングの任意の除去がガスシールドろう付け後にも可能であることにある。
【００２９】
これに代えて、１０−３〜１０−７ｍｂａｒの高真空ろう付けが行われ、ここでも９８０〜１１００℃のろう付け温度においてなされる。基礎材料の構成成分の酸化についての対応する利点は、この真空ろう付けにも同様にあてはまる。
【００３０】
さらに、本発明は、外側のジャケットと、該ジャケット内に配置された配管とを備え、特に上述の特徴に基づく方法により製造された、原動機付き車両用の排ガス熱交換器に関し、この排ガス熱交換器は、少なくとも排ガスを案内する表面部が、電気化学的な除去方法、特に電解研磨によって表面処理されていることを特徴としている。
【００３１】
特に、本発明による排ガス熱交換器は、特殊鋼、特に好ましくは材料１．４３０１で形成されている。特に、本発明の範囲においては、少なくとも排ガスを案内する表面が電気化学的な除去方法によって、熱期間の動作中に排ガス熱交換器を流通する粒子が表面に付着しないか、又は付着が困難なように平滑化あるいは研磨されている。特に、処理されるべき表面における表面ピーク（Oberflaechenspitzen）の除去、好ましくは表面クレータ（Oberflaechenkrater）のばり取りがなされる。また、好ましくは、排ガス熱交換器全体が電気化学的な除去方法によって処理される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、熱交換器により生じる排ガス背圧が減少され、熱交換器の効率が寿命にわたってできる限り一定に保たれるとともに、熱交換器が特に安価に生産可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明により製造された排ガス熱交換器用の刃板の斜視図である。
【図２】刃板の詳細を示す図である。
【図３ａ】電解研磨による表面除去を示す図である。
【図３ｂ】電解研磨による表面除去を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。これらは、本発明の容易な理解に資するものである。なお、図において、簡易化の観点から繰返しの説明を避ける場合でも、同一又は類似する部材については同様の符号を付して示している。
【００３５】
図１には、本発明による刃板１が示されている。好ましくは複数の刃板１がまずは互いに分離されて変形技術的にかつ電解研磨によってその後に排ガス熱交換器に挿入される熱交換器カセットのために製造され、そして、重なり合って置かれ、互いに溶着される。
【００３６】
図２には刃板１の斜視的な詳細図が示されており、波の谷部２及び波の山部３が良好に認識できる。これら波の谷部２と波の山部３の間にはポジティブなコーナ部４及びネガティブなコーナ部５が形成されており、本発明による電解研磨によって、刃板１の全表面部６における均一な除去がなされる。したがって、波の谷部２又は波の山部３の範囲並びにこれらの間に位置するウェブ７及びポジティブ又はネガティブなコーナ部４，５が異なる強さで除去されることがない。むしろ、表面部６の均一な除去がなされる。
【００３７】
図３ａ及び図３ｂには、変形技術的に加工された表面部が電解研磨前（図３ａ）と電解研磨後（図３ｂ）において示されている。図３ａによれば、表面部６にマイクロクラックあるいはクラック８ａ，８ｂ，８ｃが変形過程の作用により形成されたことが認識できる。変形過程に続く本発明による電解研磨により、量ａだけ表面部６が除去される。そして、中央のクラック８ｂのみがその先端部９において除去された表面部１０において存在している。クラック８ａ及８ｃは、電解研磨によって完全に除去される。ここで、表面除去に対する量ａは、図３の例においては、表面部６から最も長く延びるクラック８ｂの長さｌの約９０％となっている。それゆえ、電解研磨後の表面部１０から部材中心部１１方向へ延びるクラック先端部ｒが残存する。しかしながら、このことは、特に１．５μｍより小さな平均粗さＲｚを有する所望な表面性状（Oberflaechenqualitaet）に適合する。
【符号の説明】
【００３８】
１            刃板
２            波の谷部
３            波の山部
４            ポジティブなコーナ部
５            ネガティブなコーナ部
６            表面部
７            ウェブ
８ａ          クラック
８ｂ          中央（平均）のクラック
８ｃ          クラック
９            先端部
１０          表面部
１１          部材中心部
ａ            表面除去量
ｌ            長さ
ｒ            クラック先端部の長さ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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