-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von mikrostrukturierten,
metallischen Schichtblechen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 sowie einen Schichtblock eines Mikrowärmeübertragers oder -reaktors nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
-
Mikrowärmeübertrager
oder so genannte Schichtwärmeübertrager
sind bekannt und werden insbesondere für Brennstoffzellenantriebe
benötigt. Ein
Schichtwärmeübertrager
besteht aus einem Stapel von miteinander verlöteten strukturierten Schichtblechen,
welche aufgrund ihrer Strukturen Kanäle für Wärmetauschmedien bilden. Typische
Abmessungen für
die Strukturen der Schichtbleche, also Kanalhöhe, Kanalbreite, Stegbreite,
Steghöhe
bewegen sich im Bereich von Zehntelmillimetern, entsprechend gering
sind die Wandstärken
der Schichtbleche, welche vielfach aus Edelstahl hergestellt und
mit Kupfer-, Nickel-, Silber-Loten oder anderen Lotlegierungen verlötet sind.
-
Ein
Verfahren zum Löten
von metallischen mikrostrukturierten Blechen für einen Mikrowärmeübertrager
wurde durch die DE-C 198 01 374 bekannt, bei dem Lotschichtdicken
im Bereich von 3 bis 25 μm zwischen
den zu verlötenden
Schichtblechen appliziert werden. Dabei wird die Lotschicht in Form
einer Folie, Paste oder eines Pulvers oder galvanisch auf die zu
fügenden Schichtbleche
aufgebracht. Dadurch soll verhindert werden, dass durch ein zu hohes
Lotangebot das Lot während
des Lötvorganges
tendenziell in die feinen Kanäle
läuft und
diese zu verstopfen droht oder so weit zusetzt, dass ein erhöhter Druckabfall
für das
Strömungsmedium
die Folge ist. Problematisch ist, dass aufgrund des geringen Lotangebots,
z. B. bei Verwendung von Ni-Basislot eine unvollständige Lötung erfolgt,
was Festigkeitsnachteile für
den Schichtblock in Folge fehlender Zugankerwirkung nach sich zieht
und zur Folge hat, dass die Schichtbleche des zu verlötenden Stapels
während des
Lötprozesses
nicht dicht und gleichmäßig aneinander
liegen, sondern dass sich Spalte ergeben, die nicht mit Lot gefüllt werden
und somit eine defekte Lötverbindung
ergeben.
-
Durch
die DE-A 198 25 102 wurde ein ähnliches
Lötverfahren
zur Herstellung eines kompakten katalytischen Reaktors, eines Mikroreaktors,
bekannt, bei welchem in den durch die Schichtbleche gebildeten Kanälen zusätzlich ein
katalytisches Material deponiert ist. Die Schichtbleche sind aus
Metallfolien, vorzugsweise aus einem Chromnickelstahl mit einer
Dicke im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm gebildet, und die Lotschichtdicken
liegen im Bereich von 30 bis 100 μm
bei Verwendung von Lotfolien und bei 10 – 40 μm bei Beschichtung mit Lot.
-
Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung eines Schichtwärmeübertragers
sowie ein Schichtwärmeübertrager
wurden durch die DE-A 103 28 274 der Anmelderin bekannt. Nach dem
Stapeln von strukturierten Platten zu einem Schichtblock wird dieser
mechanisch fixiert und anschließend
verlötet.
Das Fixieren erfolgt durch Legen von Schweißnähten bzw. durch Anschweißen von
Sammelkästen
oder so genannten Stülpkästen. Die
Kästen
dienen als so genannte verlorene Lötvorrichtung. Nachteilig ist
hier, dass es beim Anschweißen
der Sammelkästen
auf dem mit Lot versehenen Stapel aus Edelstahlplatten zu Rissen
in solchen Schweißnähten kommen
kann, die durch Verschweißung
eines Sammelkastens mit einem Stapel beloteter Schichtbleche entstehen.
In diesen Schweißnähten ist
die Verwendung von Ni-Basis-Lot,
ein Faktor, der die Ausbildung von so genannten Heißrissen
begünstigt.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, welches ein Löten mit dünnen Lotschichten, d. h. minimalem
Lotverbrauch erlaubt und zu einer vollständigen, vakuumdichten Verlötung der
Schichtbleche führt,
ohne dass die Strukturen, insbesondere die Kanäle durch Lot verstopft werden.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Schichtblock eines Mikrowärmeübertragers
oder -reaktors der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die
vorgenannten Lotergebnisse, d. h. vollständige Verlötung bei freien Kanalquerschnitten
aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die Neigung zu
Rissen in den Schweißnähten zu
minimieren.
-
Diese
Aufgabe wird zunächst
durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden
dünne Lotschichten
im Bereich von 1 bis 25 μm,
bevorzugt von 1 bis 20 μm
und besonders bevorzugt von 1 bis 19 μm verwendet, und auf die Schichtbleche
des fertigen Stapels wird während
des Lötprozesses
ein relativ hoher Druck zur Erzeugung einer hohen Pressung zwischen
den Schichtblechen ausgeübt.
Damit wird der Vorteil erreicht, dass sämtliche Schichtbleche im Bereich
der Lötstellen
bzw. Lotschichten gleichmäßig und
spaltfrei aufeinander gepresst werden, sodass es auch bei den angegebenen
dünnen
Lotschichten und demzufolge geringem Lotangebot zu einer vollständigen Verlötung der
Schichtbleche untereinander kommt. Damit werden einerseits die erforderliche
Festigkeit des Schichtblockes in Folge Zugankerwirkung und andererseits
eine gasdichte Trennung der einzelnen Kanäle gegeneinander erreicht.
Andererseits dient das geringe Lotangebot dazu, ein Zulaufen der
Kanäle
zu verhindern. Durch die Verringerung der Menge an Lot wird – insbesondere
im Falle von Ni-Lot – die Neigung
zur Ausbildung von Rissen in den Schweißnähten reduziert. Weiterhin ist
im Falle des bevorzugt verwendeten Ni-Basis-Lots das Lotmaterial
recht teuer, sodass sich eine Verringerung der erforderlichen Lotschichtdicke
günstig
auf die Fertigungskosten auswirkt.
-
Besonders
günstig
wirkt sich das angegebene Verfahren bei Loten aus, denen zur Erniedrigung der
Schmelztemperatur des Basiselements schmelzpunkterniedrigende Elemente
beigefügt
sind. Ein bevorzugtes Beispiel sind die Ni-Lote (Ni = Basiselement).
Ni-Lote enthalten schmelzpunkterniedrigen de Elemente wie Si, P und/oder
B. Diese Elemente, insbesondere das Bor tendieren dazu, schon während der
Lötphase,
also in schmelzflüssigem
Zustand des Lotes, aus dem flüssigen
Lot in den Grundwerkstoff abzudiffundieren. Dadurch nimmt schon
im schmelzflüssigen
Zustand die Schmelztemperatur des Ni-Lotes und insbesondere auch
die Menge des flüssigen Ni-Lotes
ab. Dies kann zu einem Phänomen
führen, das
als isotherme Erstarrung bekannt ist, d. h. das Lot erstarrt schon
während
des Haltens auf Lottemperatur. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
zur Erzeugung von konstant schmalen Spalten lässt sich auch mit dünnen Lotschichten,
d. h. entsprechend geringerer Menge an flüssigem Lot eine vakuumdichte
und mechanisch feste Fügung
erzielen.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Druck entweder
durch eine Lötvorrichtung oder – in einer
Weiterbildung der Erfindung – durch eine
verlorene Lötvorrichtung
in Form von angeschweißten
Sammelkästen
ausgeübt.
Beispielhaft ist eine solche verlorene Lötvorrichtung in Form von so genannten
Stülpkästen in
der Offenlegungsschrift DE-A 103 28 274 beschrieben, die hiermit
in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen
wird. Die Stülpkästen werden
unter Vorspannung der Schichtbleche angeschweißt und konservieren diese Spannung
während
des Lötprozesses,
sodass eine Pressung zwischen den Schichtblechen während des
Lötens
aufrechterhalten wird.
-
In
Weiterbildung der Erfindung können
auch anders geformte, d. h. Nicht-Stülpkästen angeschweißt werden.
Der Druck auf die Stapelbleche wird dann nicht durch das Aufstülpen der
Kästen
eingebracht, sondern durch einen Spannprozess nach den Verfahrensschritten
a) und b) gemäß Anspruch
1 der Offenlegungsschrift
DE
103 28 274 und vor dem Fixierprozess gemäß Verfahrensschritt
c). Beim Spannen wird auf die Bleche eine geeignet hohe Kraft bzw.
in Abhängigkeit
der Blechgeometrie ein geeignet hoher Druck ausgeübt. Geeignet
heißt, dass
sich in Abhängigkeit
der Blechgeometrie die Bleche unter dem Druck noch nicht verformen,
der Druck aber groß genug
ist, dass sich auch bei geringem Lotangebot eine feste und vakuumdichte
Verbindung ausbilden kann. Der Fixierschritt c) kann entweder durch
das Aufschweißen
von Sammelkästen oder
eines Rahmens stirnseitig auf den Blechstapel erfolgen oder durch
Aufbringen mindestens einer Schweißnaht über den gesamten Blechstapel
an geeigneter Stelle.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird ferner durch die Merkmale des Patentanspruches
5 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Schichtbleche eine hohe Biegesteifigkeit aufweisen. Damit
wird der Vorteil erreicht, dass bei der Ausübung des Druckes auf die Schichtbleche
während
des Lötprozesses
keine Verformung der Schichtbleche auftritt, sondern dass die Schichtbleche
mit ihren Lötstellen
gleichmäßig und
spaltfrei aufeinander gepresst werden. Die Spaltfreiheit gewährleistet,
dass auch mit dem erfindungsgemäß geringen
Lotangebot ein vakuumdichtes Teil erhalten werden kann. Die Biegesteifigkeit
ist an den ausgeübten
Druck angepasst, d. h. je höher der
Anpressdruck, desto höher
die Biegesteifigkeit. Letztere kann durch die bekannten Gesetze
der Festigkeitslehre erreicht werden, d. h. durch Steigerung der
Materialfestigkeit (hoher Elastizitätsmodul), durch eine Erhöhung der
Materialdicke oder des Widerstandsmomentes, z. B. durch geeignete
Strukturwahl.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bilden die Schichtbleche
des Schichtblockes zwischen sich Kanäle mit einer Kanalhöhe im Bereich
von 0,05 bis 1,0 mm, bevorzugt im Bereich von 0,6 mm, wobei diese
Kanalhöhe
entweder durch einseitig strukturierte oder zweiseitig strukturierte Schichtbleche
realisierbar ist. Möglich
ist auch die Aufteilung eines strukturierten Schichtbleches in mindestens
zwei getrennte Bleche, wobei mindestens eines ein so genanntes Kanalblech
ist, in dem durch Stanzen kostengünstig die Kanalstruktur dargestellt ist,
und mindestens eines ein im allgemeinen vollflächiges Trennblech repräsentiert,
das die Medien voneinander trennt. Die Lotschichten können sich
wahlweise auf Kanal- oder Trennblech oder auf beiden befinden. Bevorzugt
ist die Belotung des Trennbleches, da dann die Lotbeschichtung weniger
durch einen Stanzprozess negativ mechanisch beeinflusst wird und
zudem wegen der größeren beloteten
Fläche
mehr Lot zu Verfügung
steht. Möglich
sind natürlich
auch noch andere Realisierungen einer Blechstruktur und Medientrennung,
wie z. B. durch am Rand umgefalzte Bleche (Falzbleche), bekannt
aus der Offenlegungsschrift DE-A 100 42 690 der Anmelderin.
-
Es
soll betont werden, dass die Möglichkeit, mit
dünnen
Lotschichten zu löten,
insbesondere für die
Herstellung von Mikrostrukturen mit sehr kleiner Kanalhöhe von kleiner
als 0,2 mm geeignet ist; dies deswegen, da der Kapillarfüllungsdruck
dieser schmalen Kanäle
sehr hoch ist und diese daher besonders leicht während des Lötprozesses tendenziell mit
Lot teils oder ganz zulaufen.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Schichtbleche
bei einer Herstellung aus einem Edelstahlband eine Blechstärke im Bereich
von 0,155 bis 1,4 mm auf. Bevorzugt ist eine Blechstärke von
0,8 mm. Dadurch wird bereits eine hinreichende Biegesteifigkeit
der Schichtbleche erzielt.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Schichtbleche
zweiseitig strukturiert und weisen eine Bodendicke zwischen 0,05
mm und 0,40 mm auf. Bevorzugt ist eine Bodendicke von 0,20 bis 0,30
mm. Durch die senkrecht zueinander verlaufenden Strukturen bzw.
Stege auf der Oberseite und der Unterseite eines Schichtbleches
in Verbindung mit der minimalen Bodenwandstärke ergibt sich eine relativ
hohe Biegesteifigkeit, insbesondere durch ein erhöhtes Widerstandsmoment.
-
Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schichtbleche
zweiseitig strukturiert und weisen auf jeder Seite eine Strukturtiefe bzw.
Steghöhe
von mindestens 0,05 mm, bevorzugt etwa 0,3 mm auf, sodass bei der
bevorzugten Blechdicke von 0,8 mm und der bevorzugten Steghöhe von etwa
0,3 mm ebenfalls eine Bodendicke im Bereich von 0,2 mm verbleibt.
Beim Stapeln der zweiseitig strukturierten Schichtbleche entspricht
die Strukturtiefe der halben Kanalhöhe – die Lotnaht zwischen zwei
Schichtblechen liegt somit auf halber Kanalhöhe. Die Kanalhöhe eines
Strömungskanals
beträgt also
0,6 mm.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die beidseitig
strukturierten Schichtbleche auf jeder Seite jeweils zwei Randstreifen
auf, die eine Höhe
von etwa 0,5 mm aufweisen, d. h. bei einer Strukturtiefe von ca. 0,3
mm. Durch die durchgehenden Randstreifen ergibt sich der Vorteil eines
erhöhten
Widerstandsmomentes, d. h. einer höheren Biegesteifigkeit, insbesondere,
wenn die Struktur keine durchgehenden Stege, sondern unterbrochene
Stege aufweist.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
-
1 ein
einseitig strukturiertes Schichtblech mit durchgehenden Stegen,
-
2 ein
zweiseitig strukturiertes Schichtblech mit Randstreifen und
-
2a eine
Einzelheit X aus 2.
-
1 zeigt
ein einseitig strukturiertes Schichtblech 1, welches zum
Erzeugen eines Schichtblockes für
Mikrowärmeübertrager
oder Mikro-Reaktoren verwendet wird. Das Schichtblech 1 weist
eine glatte Unterseite 1a und eine strukturierte Oberseite 1b auf,
auf welcher durchgehende Stege 2 und Kanäle 3 angeordnet
sind. Das Schichtblech 1 ist aus einem Edelstahlband hergestellt
und weist eine Blechstärke
s von ca. 0,8 mm auf. Das Schichtblech 1 weist ferner einen
durchgehenden Boden 4 mit einer Bodendicke d auf, welche
mindestens 0,05 mm betragen soll. Die Stege 2 weisen eine
Höhe h
auf, welche der Kanalhöhe
h eines Strömungskanals
des fertigen Stapels entspricht, d. h. für den Fall, dass eine glatte,
unstrukturierte Seite auf die strukturierte Seite mit den Stegen 2 gelegt
wird. Die Kanalhöhe
h, die der Strukturtiefe des Schichtbleches 1 entspricht, kann
bei einer Blechstärke
von ca. s = 0,8 mm zwischen 0,3 und 0,6 gewählt werden.
-
2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Form eines zweiseitig strukturierten Schichtbleches 5 mit
einer Oberseite 5a und einer Unterseite 5b. Die
Oberseite 5a weist zwei erhabene Randstreifen 6, 7,
sowie parallel zu den Randstreifen 6, 7 in Reihen
angeordnete Strukturelemente 8 auf, welche erhabene Stegabschnitte
bilden. Das Wärmetauschmedium
durchströmt
die durch die Strukturelemente 8 gebildeten Kanäle somit
im Wesentlichen in Richtung der Pfeile P, wobei eine Querströmung infolge
der unterbrochenen Stege 8 ebenfalls stattfindet. Auf der
Unterseite 5b ist eine entsprechende Struktur, allerdings
um 90 Grad um die Hochachse gedreht angeordnet, d. h. mit zwei durchgehenden unteren
Randleisten 10, 11.
-
2a zeigt
eine Einzelheit X aus 2, d. h. einen Eckbereich des
Schichtbleches 5. Auf der Unterseite 5b des Schichtbleches 5 sind
Stegabschnitte 12, gestrichelt dargestellt, senkrecht zu
den Stegabschnitten 8 auf der Oberseite 5a angeordnet. Die
Randleiste 11 auf der Unterseite 5b verläuft somit senkrecht
zur Randleiste 7 auf der Oberseite 5a. Die Randleisten
werden jeweils mit einer benachbarten Randleiste eines weiteren
Schichtbleches verlötet und
schließen
damit die inneren Strömungskanäle nach
außen
ab. Das Schichtblech 5, welches vorzugsweise aus einem
Edelstahlband hergestellt ist, hat folgende bevorzugten Abmessungen:
Die Halbzeugdicke des Edelstahlbandes beträgt 0,8 mm; diese entspricht
dem Maß s
im Eckbereich des Schichtbleches 1 (vgl. 1).
Die vier Randstreifen weisen jeweils eine durchgehende Dicke von
H = 0,5 mm auf, unterbrochen von Stegabschnitten 8 bzw. 12,
die die Dicke der Randstreifen lokal auf 0,8 mm erhöhen. Die
Breite der Randstreifen beträgt
2,0 mm. Die Stegabschnitte 8 auf der Oberseite 5a und 12 auf
der Unterseite 5b weisen jeweils eine Strukturtiefe auf, die
einer halben Kanalhöhe
h/2 von 0,3 mm entspricht. Somit ergibt sich beim Aufeinanderschichten von
derartigen Schichtblechen 5 eine Gesamtkanalhöhe h von
0,6 mm. Die Breite der Stegabschnitte 8, 12 ist
1,0 mm. Die Bodendicke (d entsprechend 1), d. h.
der Bereich des Schichtbleches 5 zwischen den Stegabschnitten 8 bzw. 12 beträgt demzufolge
0,2 mm.
-
Die
bei der Verlötung
(Hochtemperatur- und Hartlöten)
der erfindungsgemäßen Schichtbleche verwendeten
Lote entsprechen im Wesentlichen dem Stand der Technik: es handelt
sich um Au- und Au-Basislegierungen, Ag- und Ag-Basislegierungen, Co- und Co-Basislegierungen,
Cu und Cu-Basislegierungen
und insbesondere Ni-Basislegierungen. Letztere können als Lotfolien mit einer
Dicke zwischen 20 und 25 μm
zwischen die Fügestellen
eingelegt werden. Es wird als untere Grenze der Lotfoliendicke 20 μm genannt,
da dies nach heutigem Stand der Technik die geeignete prozesssichere,
darstellbare Lotfoliendicke ist. Sollte zukünftig diese untere Grenze sinken,
steht dem Einsatz einer dünneren Lotfolie
mit der erfindungsgemä ßen Technologie nichts
im Wege. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch, dass
Löcher
(so genannte pin holes), die in sehr dünnen Lotfolien unter Umständen enthalten
sind, die Qualität
der gelöteten
Wärmeübertrager
nicht reduzieren. Anstelle von Folien sind auch eine galvanische
Lotbeschichtung oder chemisch aufgebrachte Lotlegierungen möglich. Repräsentativ
sind die kommerziell verwendeten Legierungen Ni11P (Ni106), (Ni107)
und Ni25Cr10P. Galvanisch oder chemisch aufgebrachte Lotschichten
haben gegenüber
Lotfolien den Vorteil, dass sie in noch dünneren Schichtstärken aufgebracht
werden können.
Damit ergibt sich ein geringerer Lotverbrauch, und es können Wärmeübertrager
mit noch kleineren Kanalhöhen
realisiert werden. Außerdem
ist das kontinuierliche Beloten eines Edelstahlbleches über chemisches
Vernickeln sehr kostengünstig.
Die Verwendung von Ni-Lot aus einer NiP-Legierung hat den weiteren
Vorteil, dass aufgrund der relativ niedrigen Löttemperatur von im Wesentlichen
kleiner oder gleich 1070°Celsius
für eine
Serienfertigung kostengünstig
in einem Durchlaufofen statt in einer Vakuumanlage gelötet werden
kann. Die Lotschichten können
auch in mehreren Schichten aufgebracht werden, z. B. als chemisch
aufgebrachte Grundierschicht aus einer NiP-Legierung und einer galvanisch aufgebrachten
Deckschicht aus Cr mit einer Gesamtschichtdicke von 1 bis 25 μm.
-
Um
die Lotschichtdicke weiter zu verringern, kann auch alternierend
nur jedes zweite Blech mit einer chemisch und/oder galvanisch aufgebrachten Lotschicht
versehen sein, anstatt jedes Blech mit der Lotschicht zu überziehen.
Die Lotnahtdicke wird dadurch nochmals halbiert.
-
Die
Herstellung des Schichtblockes bzw. des Mikrowärmeübertragers erfolgt zunächst durch
Stapeln der erfindungsgemäßen Schichtbleche,
zwischen denen Lot deponiert wird, zu einem Schichtblock. Nach einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Schichtbleche durch Druckausübung von
oben und unten auf den Stapel zusammengepresst und dann – unter
Beibehaltung der Anpressung – durch
Schweißnähte fixiert.
Insbesondere erfolgt diese Fixierung durch Anschweißen von
Stülpkästen oder
allgemeiner Sammelkästen
gemäß der deutschen
Offenlegungsschrift 103 28 274 der Anmelderin – wie bereits erwähnt, wird
der Inhalt dieser Offenle gungsschrift vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Mit den angeschweißten Stülpkästen oder
Sammelkästen
wird der Schichtblock in einen Lötofen
verbracht und dort auf Löttemperatur
erwärmt.
Dabei konservieren die Stülpkästen/Sammelkästen die
aufgebrachte Vorspannung, d. h. die Pressung zwischen den Schichtblechen.
Dies gewährleistet
eine gleichmäßige und
vollständige
Verlötung
sämtlicher
Fügestellen
zwischen den einzelnen Schichtblechen. Die Stülpkästen/Sammelkästen werden
als verlorene Lötvorrichtung
bezeichnet, weil sie als Lötvorrichtung nicht
wieder verwendbar sind, sondern als Sammel- bzw. Verteilerkästen des
Mikrowärmeübertragers fungieren.
-
Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben:
Beidseitig strukturierte quadratische Schichtbleche mit einer Randleistenlänge von
51,0 mm werden in einer Kassettiervorrichtung übereinander gestapelt. Die
Bleche weisen eine Bodendicke d von 0,2 mm auf. Die Halbzeugdicke
betrug 0,8 mm. Die Breite der Randstreifen und der Stege ist 2,0
bzw. 1,0 mm. Die Bleche sind mit einer Lotschicht, bestehend aus
einer chemisch aufgebrachten, 5 μm
starken Schicht aus Ni10P und einer galvanisch aufgebrachten, 1 μm dicken
Cr-Lage, versehen. Komplettiert ist das Paket mit je einer 5 mm
dikken Boden- und Deckabschlussplatte. Nach dem Stapeln wird das
Paket mit einer Kraft von 10.000 N, entsprechend einer Gewichtsbelastung
von 1.000 kg, vorgespannt. Eine solche Kraft wird bevorzugt für die bei
dem verwendeten Blech sich ergebende über dem Blechstapel vorliegende
durchgehende Pressfläche
von 44 mm2 verwendet. Bei Kräften über 50 KN
würden
sich die Bleche verformen, bei Presskräften unter 1 KN wäre das Zusammenpressen
der Bleche nicht ausreichend. Nach dem Vorspannen werden die Sammelkästen mittels
Laserschweißen
an den Blechstapel angefügt.
Somit ist die Vorspannung im Blechstapel fixiert (konserviert).
Der Wärmeübertrager
wird anschließend
im Vakuum bei 1070°Celsius
mit einer Haltezeit von 15 Min. auf Löttemperatur zu einer vakuumdichten
und mechanisch festen Komponente verlötet. Der gelötete Wärmeübertrager
weist im Helium-Lecktest
eine Leckrate von kleiner als 1,0 × 10–7 × mbar × l × s–1 auf.
Eine sonst übliche
Gewichtsauflage oder irgendeine anders geartete in-situ-Spannung des Teils
ist wegen des Einfrierens der Vorspannung im Teil im Allgemeinen
nicht nötig.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist nur jedes zweite Blech mit einer 5 μm Ni10P und einer 1 μm Cr-Lage
versehen. Die wirksame Lotschichtdicke ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel
nochmals auf 5 μm
halbiert. Mit den gleichen, im ersten Ausführungsbeispiel genannten Parametern
und dem gleichen Verfahren erhält
man auch hier eine vakuumdichte und mechanisch feste Wärmeübertragerkomponente.