CH231331A - Wärmeaustauscher und Verfahren zu dessen Herstellung. - Google Patents

Description

      Wärmeaustauscher    und     Terfa.hren    zu dessen Herstellung.    Vorliegende Erfindung bezieht sich auf  einen     Wärmeaustauseher    aus Metall mit von  einander getrennt hergestellten unmittelbar       und    mittelbar wirkenden Kühlflächen,     'bei-          spielsweisedes        Rippentyps,    bei welchem die       unmittelbar    wirkenden     Kühlflächen    durch       g"ühlrabxe    und die mittelbar wirkenden  Kühlflächen durch auf diese Rohre gesteckte       Rippenbleche    .gebildet werden.  



  Bisher wurden die unmittelbar und die  mittelbar     wirkenden    Kühlflächen solcher       Wärmeaustauscherdurch    Schweissen. oder Lö  ten verbunden, was an der Stossfuge eine ge  nügend hohe Festigkeit und     genügend        guten     Wärmeübergang ergibt. Bei     Wärmeaustau-          schern    aus Metallen, die ohne Schwierigkeit  geschweisst oder     .gelötet    werden können, wie  z.

   B. aus Eisen, Stahl und Legierungen .da  von, ferner aus gewissen Nichteisenmetallen  wie Kupfer und Messing, bietet die Herstel  lung folglich keine andern Schwierigkeiten  als solche, die mit dem     Schweissen    oder Löten  an sieh verknüpft sind; aber solche Metalle,    ,die sich nur mit Schwierigkeit oder gar nicht  schweissen oder löten lassen, z. B.

   Leicht  metalle, wie Aluminium und Legierungen  .davon, konnten bisher zur Herstellung von       Wärmeaustausch,ern,    wie Kühlern und an  dern eine .gute Wärmeleitung ,gewährleisten  den     Maschinenteilen,    nicht oder nur in     be-          schränktem    Umfang verwendet werden, für  welchen Zweck sie sonst zufolge niedrigen       spezifischen    Gewichtes, hoher spezifischer  Wärme und     verhältnismässig    ;guter Korro  sionsbeständigkeit     besonders    geeignet sind.  



  Die Erfindung bezweckt eine Verein  fachung und Verbilligung     in,der        Herstellung     von     Wärmeaustauschern,    seien sie nun aus,       schweissbaren    oder     lötbaren    Metallen oder aus  solchen, die schwierig oder unmöglich ge  schweisst oder gelötet werden können.

   Der       Wärmeaustauscher    gemäss der     Erfindung     zeichnet sich ,dadurch aus,     dass@,die    unmittel  bar und die     mittelbar    wirkenden Kühlflächen  an der Fuge durch Harz,     vorteilhaft    Kunst  harz,     miteinander    verbunden     ;sind.    Es hat      sich überraschend herausgestellt, dass eine  solche Verbindung nicht nur genügende       Festigkeit,    sondern auch genügend guten  Wärmeübergang zwischen den     Kühlflächen     ergibt. Um den Wärmeübergang zu erhöhen,  kann .das Harz mit Metallpulver versetzt  sein.

      Für     Wärmeaustauscher    wird .in manchen  Fällen auch     Beständigkeit    gegen Korrosion  gefordert; um dies: zu erreichen, kann der       Wärmeaustauscher    mit einem Überzug     aus     einem Korrosionsschutzmittel versehen sein.  In gewissen Fällen kann das Harz selbst     -als     solches Mittel Verwendung finden, indem  man ein Harz mit korrosionsschützenden  Eigenschaften wählt. Ein solcher Wärmeaus  tauscher weist somit nicht nur an :den Fugen,  sondern auch an andern Stellen der Ober  fläche der Kühlflächen Harz auf, wobei  natürlich auch die Innenfläche von Kühl  rohren mit Harz überzogen sein kann.  



  Die Erfindung umfasst auch ein Verfah  ren zur Herstellung eines solchen     Wärmeaus-          tauschers    und besteht darin, dass in der Fuge  zwischen :den unmittelbar und den mittelbar       wirkenden    Kühlflächen ein Harz, vorteilhaft  ein Kunstharz, angebracht wird, das zweck  mässig mit Metallpulver versetzt ist. Soll das  Harz gleichzeitig als     Korrosionsschutzmittel     dienen,     so,    wird es nicht nur in der Fuge,  sondern auch an :den der Korrosion ausge  setzten Flächen des     Wärmeaustauschers    auf  gebracht.  



  Um eine gute Berührung zwischen die  Kühlflächen     bildenden    Kühlrohren und Rip  penblechen herbeizuführen, kann das Innere  der     Kühlrohre    unter     Druck    gesetzt werden,  so     dass    eine Ausdehnung der Kühlrohre er  reicht wird und ,der Abstand zwischen ihnen  und den Rippenblechen vermindert wird.  Diese Massnahme ist     insbesondere    dann zu       empfehlen,    wenn kein Zusatz von Metall  pulver zum Harz angewendet wird. Eine  solche Ausdehnung der Kühlrohre kann z. B.

    auch durch     Aufdornen    erreicht werden, das  vor,     während    oder nach der     Auftragung    des  Harzes, am zweckmässigsten aber erst wäh-         rend    einer folgenden     Wärmebehandlung,    vor  genommen wird.  



  Vor der     Auftragung    des Harzes können  die Kühlflächen einer Oberflächenbehand  lung ausgesetzt     werden,    um ein erhöhtes An  haften des Harzes zu erreichen und eventuell  die     Korrosionsbeständigkeit    zu     erhöhen.     Diese Oberflächenbehandlung kann z. B. aus  einer     Beizung    mit einer Flüssigkeit bestehen,  wodurch die     Oberfläcslie        aufgerauht    wird.

    Die Wahl dieser     Beizflüssigkeit    ist unter  anderem von der Beschaffenheit des     lletalles          abhängig,    .aus welchem der     Wärmeaustau-          scher    besteht. Die     Oberflächenbehandlung     kann auch in einer Oxydation bestehen,     w        o-          durch    die Oberflächen eine     hauchdünne          Oxydscliicht    erhalten, was die     Korrosions-          beständigkeiterhöht    und gegebenenfalls auch  das Anhaften des Harzes erleichtert.

   Bei       Wärmeaustauschern    .aus Eisen, Stahl oder  Legierungen davon kann die Oxydation in  einer     Phosphatierung        bestehen.    Bei .der Ver  wendung von Leichtmetall, wie Aluminium,  können     die    Oberflächen einer Behandlung  gemäss dem     Eloxalverfahren    unterworfen       v-erden.     



  Die Beschaffenheit des Harzes kann vari  ieren<B>je</B> nach der Natur ,des.     iMetalles    des       Wärmeaustauschers,    der Festigkeit, welche  dieser an der Fuge aufweisen soll, dem er  wünschten     Korrosionsschutz    usw.

   Als Bei  spiel seien erwähnt natürliche Harze     ver-          sehiedener    Art, durch     Polymerisation        erhal-          tene    Kunstharze, wie     Vinylharze,    durch Kon  densation erhaltene Kunstharze, wie     Fenol-          harze,        Alkydharze,        sowie        -Mischungen    von  diesen, miteinander und mit Zusätzen. Das  Harz kann auf die Stossflächen und etwaigen  falls auf andere Stellen der Oberfläche des       'Värmeaustauschers    in fester Form, z.

   B. in  Form eines thermoplastischen,     härtbaren     Kunstharzes in feinverteiltem Zustand, das  gegebenenfalls mit Metallpulver versetzt. ist,  aufgebracht. werden, wobei das Zusammen  fügen und Anhaften mit. Hilfe von Wärme  und Druck herbeigeführt wird. Dieses Ver  fahren kann insbesondere dann Verwendung  finden, wenn das Harz nur an     .den    Stossfugen      verwendet werden soll und kein zusätzlicher  Korrosionsschutz erforderlich ist     bezw.    wo       das    Korrosionsschutzmittel ein anderes als  das Harz selbst ist.

   In andern Fällen kann es  vorteilhaft sein, das Harz in geschmolzenem       Zustand    oder in Form einer Lösung     aufzu-          t.ia.gen.    Dieses Verfahren kann insbesondere  dann verwendet werden, wenn das Harz  gleichzeitig als     Korrosionsschutzmittel    die  nen soll. Das Auftragen kann hierbei in be  liebiger Weise :geschehen, z. B. durch Ein  tauchen des     Wärmeaustauschers    in die Lö  sung     bezw.    Schmelze, durch Aufstreichen,  Aufspritzen     us:w.    Bei der Verwendung einer  Lösung     wird    nach dem Auftragen das Lö  sungsmittel z.

   B. dadurch entfernt,     @dass    der       Wärmeaustauscher    einer Wärmebehandlung  ausgesetzt wird. Die Temperatur und die  Dauer dieser Behandlung werden der Be  schaffenheit des Harzes angepasst.  



  Wird ein Zusatz von Metallpulver zum  Harz verwendet, so kann das Pulver von an  derer Artsein als -das Metall     ,des        Wärmeaus-          tauschers,    das heisst z. B. der Kühlrohre und  der Rippenbleche; zweckmässig wählt man  aber für das Pulver das gleiche Metall wie  für den     Wärmeaustauscher.     



  Im folgenden wird die beispielsweise  Herstellung eines Aluminiumkühlers für       Verbrennungskraftmaschinen,    insbesondere  für     Flugzeuge,    wo. das geringe Gewicht .des  Kühlers von besonderer Bedeutung ist, näher  beschrieben. In der beigefügten Zeichnung  ist in     Fig.    1 ein Längsschnitt eines Teils des  Kühlers und in     Fig.    2 ein Schnitt. .durch eine  Verbindungsstelle zwischen einem, Kühlrohr  und einem Rippenblech ,gezeigt.  



       Ein    Bündel bildende dünnwandige Alu  miniumrohre 10 werden durch: entsprechende  Löcher einer Mehrzahl von mit     Bördelrand     12     versehenen    Aluminiumblechen 11 gesteckt,  die sämtlichen oder wenigstens mehreren der  Rohre 10 gemeinsam sind.

   Hierbei bilden die       Kühlrohre    10 : ,die unmittelbar     wirkenden     Kühlflächen und die Rippenbleche 11 die  mittelbar wirkenden     Kühlflächen.    Beim Zu  sammenstecken bleibt eine wenn auch nur  schmale Fuge zwischen der Aussenfläche der    Kühlrohre 10 und dem     Bördelrand    12 der       Rippenbleche    11     bestehen.    Die Enden der  Rohre 10     werden.    dann, in     entsprechende        Lö=     eher in     Endblechen        1d    aus     Aluminium    ge  steckt und an diesen z.

   B. durch     Aluminium-          hartlot,        insbesondere    Schlaglot, befestigt, um  die erforderliche     Festigkeit    zu erreichen. Der  aus Kühlrohren, Rippenblechen und End  blechen bestehende Block kann. vor dem Löten  im ganzen oder zum Teil vorgewärmt wer  den, um nachfolgende     Verziehungen    des  Blockes zu verhindern. Der Kühlerblock wird  dann in ein     Chro@msäurebad    eingetaucht,     was     ein Aufrauhen, das mit einer Oxydation der  Flächen verbunden sein kann, und gleich  zeitig auch ein Reinigen der Lötfugen an  den Endblechen zur Folge hat.

   Der Kühler  block wird emporgehoben und nach Abfliessen  der     Beizflüsisigkeit    in ein Bad eingetaucht,  das     aus,    einer     FenolharzlöGung    mit darin  aufgeschlämmtem Aluminiumpulver besteht.  Nach Emporheben und Abfliessen des Über  schusses der Harzlösung wird der Kühler  block in einen hierfür     geeigneten    Ofen ein  geführt, wo er während     etwa    zwei Stunden  auf etwa 180  C erwärmt wird.

   Während  dieser Wärmebehandlung     wird    ein     Aufdor-          nen,der        Kühlrohre    vorgenommen, so     dass    die  Fuge zwischen den     Kühlrohren    und den       Bördelrändern    der Rippenbleche verschmälert  wird und Platz für nur eine hauchdünne  Harzschicht 14 übrig bleibt.

   Durch die  Wärmebehandlung verdampft das     Lösungs-          mittel,        und        das    Harz wird gehärtet und an  den Flächen eingebrannt, wo. es aufgebracht  worden     ist.    An die     Endbleche        1ä    werden  dann Zu- und     Ablasskammern    für das Kühl  wasser (nichtgezeigt) befestigt.  



  Durch diese Behandlung wird die Fuge  zwischen den Kühlrohren 11 und den     Bör-          ,delrändern    12 mit einer Schicht 14 aus Harz  und Aluminiumpulver ausgefüllt (siehe die  in übertriebenem     Massstabe    gezeichnete       Fig.    2), die eine metallische Verbindung gibt  und einen guten Wärmeüberzug sicherstellt.  Ferner wird eine     zusammenhängende    und  gut anhaftende, .mit Aluminiumpulver durch  setzte Harzschicht 15 an den Aussenflächen      der Rohre 10 und der Rippenbleche 11 zum  Schutz gegen     korrodierenden    Angriff von  Luft und Feuchtigkeit gebildet.  



  Besteht der Kühler     aws    einem leicht     hor-          rodierenden    Metall, wie z. B. Eisen oder  Stahl, so kann man bei der Oberflächenbe  handlung und insbesondere beim Eintauchen  in die     Kunstharzlösung        :derart    vorgehen,     da.ss     die     Beizflüssigkeit        hezw.    die Harzlösung  auch Zugang zu der Innenfläche der Kühl  rohre 10 geboten wird.

   Man erhält dadurch  auch an der     Innenfläche    der Kühlrohre 10  eine Harzschicht 16 zum Schutz gegen die  korrodierende Einwirkung     des        Kühlwassers.     In andern Fällen, beispielsweise wo die Rohre  und Bleche aus Leichtmetall, wie Alumi  nium, bestehen, ist dies unnötig und oft so  gar     schädlich.    Die     Chromsäurebehan:dlung     führt hierbei zu einem genügenden     Korro          sionsschutz.     



  Ausser zur Herstellung von Kühlern  kann das Verfahren auch zur Herstellung  von andern     Wärmeaustauschern,    wie Rippen  rohren, Kondensatoren, Zylindern für Ver  brennungsmotoren usw., Verwendung finden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Wärmeaustauscher aus -,Metall mit von einander getrennt hergestellten unmittelbar und mittelbar wirkenden Kühlflächen, insbe sondere für Verbrennungskraftmaschinen von Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeich net, dass die unmittelbar und die mittelbar wirkenden Kühlflächen an der Fuge durch Harz miteinander verbunden sind. UNTERANSPRÜCHE: 1. Wärmeaustauseher nach Patentan spruch I, .dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein Kunstharz ist.

   2. Wä.rmeaustauscher nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz mit Metallpulver versetzt ist, um den Wärmeübergang an der Fuge zu erhöhen. 3. Wärmeaustauscher nach Patentan- spruch I, dadurch :gekennzeichnet, da.ss dass Harz zugleich als Korrosionsschutzmittel ausgebildet ist.

   4. Wärmeaustauscher nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche von die mittelbar wirkenden Kühlflächen bildenden Rippenblechen und die Aussenfläche von die unmittelbar wirken den Kühlflächen darstellenden Kühlrohren einen Überzug aus einem Korrosioneschutz- mittel aufweisen. 5. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen fläche der Kühlrohre einen Überzug aus einem Korrosionsschutzmittel aufweist..

   6. Wärmeaustauscher nach Unteransprü chen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver der gleichen Art ist wie das Metall der Rippenbleche und Kühlrohre. PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung eines Wärme- austauschers nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fuge zwischen den unmittelbar und den mittelbar wirken den Kühlflächen ein Harz angebracht wird. UNTERANSPRüCHE: 7.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da- durc.h gekennzeichnet, da.ss das. Harz nicht nur in der Fuge, sondern auch an andern Stellen der Oberfläche angebracht wird. B. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass zwecks Herbei führens einer guten Berührung zwischen Kühlrohren und Rippenblechen die Kühl rohre von innen ausgeweitet werden, .damit der Abstand zwischen diesen Teilen vermin dert wird.

   9. Verfahren nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet., dass die Kühlrohre durch Aufdornen ausgeweitet werden. 10. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auf bringen des Harzes die unmittelbar wirken den Kühlflächen einer Oberflächenbehand lung unterworfen werden, um das Anhaften .des Harzes zu erleichtern und die Korrosions beständigkeit zu erhöhen. 11.

   Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auf- 'bringen des Harzes die mittelbar wirkenden Kühlflächen einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden, um das Anhaften des Harzes zu erleichtern und -die Korrosions- bestIndigkeit zu erhöhen. 12. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch ,gekennzeichnet, dass -die Kühlflächen. aufgerauht werden. 13. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflächen oxydiert werden. 14.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein Block aus Kühlrohren, Rippenblechen und Endblechen aus Aluminium in eine Lösung eines Kunst harzes, der Aluminiumpulver zugesetzt ist, eingetaucht wird, wonach das Lösungsmittel durch Wärmebehandlung entfernt wird. 15. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein gebrannt wird. 16. Verfahren nach Unteranspruch 14, ,dadurch gekennzeichnet, dass das Harz ein gebrannt wird. 17.

   Verfahren nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, @dass vor dem Ein tauchen in die Kunstharzlösung .die End bleche mit den Kühlrohren durch Aluminium- hartlot verbunden werden, wonach ,der Block in eine Beizflüssigkeit eingetaucht wird, wo bei .auf künstlichem Wege eine Erweiterung ,der Kühlrohre während des Einbrennens des Harzes vorgenommen wird.