DE102005043730A1

DE102005043730A1 - Wärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher

Info

Publication number: DE102005043730A1
Application number: DE102005043730A
Authority: DE
Inventors: Klaus Fischle; Dieter Gross; Oliver Dr. Mamber; Matthias Dipl.-Ing Pfitzer (FH)
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-22
Also published as: WO2007031262A1; CN101305255A; JP2009508080A; EP1926962A1; US20080245512A1; RU2430323C2; RU2008114316A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Abgaswärmetauscher, mit mindestens einer von einem Medium, insbesondere von Abgas, beaufschlagten Fläche aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, die mit einer Beschichtung versehen ist. DOLLAR A Um die Eigenschaften der Beschichtung zu verbessern, umfasst die Beschichtung ein Beschichtungsmaterial, das auf Nanotechnologie basiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere einen Abgaswärmetauscher, mit mindestens einer von einem Medium, insbesondere von Abgas, beaufschlagten Fläche aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, die mit einer Beschichtung versehen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines vorab beschriebenen Wärmetauschers.

Abgas, vorwiegend aus Dieselmotoren, führt in Abgaswärmetauschern zusammen mit Feuchtigkeit und Temperatur zu Korrosionsangriffen auf die verwendeten metallischen Werkstoffe. Zum Schutz vor Korrosion können temperaturbeständige Lacke verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher, insbesondere einen Abgaswärmetauscher, mit mindestens einer von einem Medium, insbesondere von Abgas, beaufschlagten Fläche aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, die mit einer Beschichtung versehen ist, zu schaffen, dessen Beschichtung bessere Eigenschaften als herkömmliche Lacke aufweist und der fertigungssicher herstellbar ist.

Die Aufgabe ist bei einem Wärmetauscher, insbesondere einem Abgaswärmetauscher, mit mindestens einer von einem Medium, insbesondere von Abgas, beaufschlagten Fläche aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, die mit einer Beschichtung versehen ist, dadurch gelöst, dass die Beschichtung ein Beschichtungsmaterial umfasst, das auf Nanotechnologie basiert. Vorzugsweise umfasst das Beschichtungsmaterial mindestens einen Nanowerkstoff beziehungsweise eine Nanostruktur. Die Beschichtung ist glasartig und weist eine sehr gute chemische Beständigkeit auf.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Hauptkomponente umfasst, die sich aus einem organischen und einem anorganischen Anteil zusammensetzt. Über die Vernetzungstemperatur können die Eigenschaften der Beschichtung über weite Grenzen definiert beziehungsweise variiert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Silicium enthält. Vorzugsweise werden Organo(alkoxy)silane durch Verwendung geeigneter Katalysatoren unter Abspaltung von Alkoholen gezielt hydrolysiert.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des Wärmetauschers sind dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Titan, Zirkonium, Aluminium, Magnesium, Zink und/oder Calcium enthält. Durch die verschiedenen Stoffe kann das anorganische Netzwerk gezielt modifiziert werden.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines vorab beschriebenen Wärmetauschers, insbesondere eines Abgaswärmetauschers, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Beschichtung in einem Sol-Gel-Verfahren erzeugt wird. Bei dem Sol-Gel-Verfahren wird ein Sol zur Herstellung von Nanowerkstoffen in ein Gel überführt. Durch Hydrolyse und Kondensationsreaktionen wird dabei ein dreidimensionales Netzwerk zusammen gelagerter Moleküle in einer Flüssigkeit erzeugt. Durch thermische Verfahrensschritte werden die Gele zu Nanowerkstoffen beziehungsweise Nanostrukturen weiterverarbeitet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sol auf die zu beschichtende Fläche aufge bracht wird. Die zu beschichtende Fläche kann in beliebiger Art und Weise mit dem Sol benetzt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sol ausgehärtet wird, um eine vernetzte Polymerschicht zu bilden. Das Aushärten erfolgt vorzugsweise unter Temperatureinwirkung.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: Ein zu beschichtender Wärmetauscher wird mit dem Beschichtungsmaterial geflutet und entleert; der entleerte Wärmetauscher wird in einem Trockenofen erhitzt. Der zu beschichtende Wärmetauscher wird von dem Beschichtungsstoff zwangsgeflutet und anschließend entleert. Danach wird der Wärmetauscher vorzugsweise so aufgehängt, dass überschüssiger Beschichtungsstoff vollständig auslaufen kann, ohne dass im Inneren des Wärmetauschers unerwünschte Ansammlungen von Beschichtungsstoff gebildet werden. Am Auslauf des Wärmetauschers anhaftende Tropfen werden in geeigneter Art und Weise, zum Beispiel mit Hilfe von Druckluft oder mit Hilfe eines elektrostatischen Tropfenabziehers, entfernt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher aus Aluminium oder Edelstahl. Der Abgaswärmetauscher weist einen Hohlraum auf, der im Betrieb des Abgaswärmetauschers von Abgas durchströmt wird. Der Hohlraum ist mit einem Beschichtungsstoff beschichtet, der auf Nanotechnologie beruht. Die Hauptkomponente des Beschichtungsstoffes setzt sich aus einem organischen und einem anorganischen Anteil zusammen. Über die Vernetzungstemperatur können die Eigenschaften der Beschichtung über weite Grenzen definiert werden. Bei hohen Einbrenntemperaturen wird ein höherer Anteil der organischen Inhaltsstoffe ausgetrieben, das heißt der Vernetzungsgrad ist höher. Dadurch nimmt die Korrosionsbeständigkeit der Schicht zu. Bei niedrigen Einbrenntemperaturen ist der Anteil der organischen Inhaltsstoffe höher, das heißt die Duktilität der Beschichtung wird größer.
Ein zu beschichtender Abgaswärmetauscher wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung mit dem Beschichtungsstoff zwangsgeflutet und anschließend entleert. Danach wird der Abgaswärmetauscher so aufgehängt, dass überschüssiger Beschichtungsstoff vollständig auslaufen kann, ohne Ansammlungen im Inneren zu bilden. Anhaftende Tropfen am Auslauf werden in geeigneter Weise, zum Beispiel durch Druckluft oder mit Hilfe eines elektrostatischen Tropfenabziehers entfernt. Anschließend durchläuft der Abgaswärmetauscher dann einen Trockenofen.
Die Schichterzeugung erfolgt dabei über einen Sol-Gel-Prozess, beispielsweise durch so genannte ORMOCER-Schichten. Hinter dem Begriff ORMOCER verbirgt sich eine Marke der Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung in München. Zur Schichterzeugung werden Organo(alkoxy)silane durch Verwendung geeigneter Katalysatoren zur Abspaltung von Alkoholen, zum Beispiel Methanol, Ethanol etc., gezielt hydrolisiert. Anschließende Kondensationsreaktionen führen zur Ausbildung von organisch modifizierten anorganisch-oxidischen Strukturen. Zur Modifizierung des anorganischen Netzwerks kann Silicium auch teilweise durch andere Elemente, vor allem Titan, Zirkonium oder Aluminium ersetzt werden. Des Weiteren können die Elemente Magnesium, Zink und Calcium eingebaut werden. Die wässrig-alkoholischen Sole werden im Flutverfahren auf den zu beschichtenden Wärmetauscher, der auch als Wärmeübertrager bezeichnet wird, aufgebracht und thermisch ausgehärtet. Dabei entsteht eine vernetzte Polymerschicht.
Ziel der Beschichtung ist es, neben der korrosionsschützenden und/oder wasserabweisenden Eigenschaft auch gleichzeitig das Anhaften von Schmutz, Partikeln, Ruß und Ölfilmen zu verhindern. Dieser oleophobe Effekt kann bei der Verwendung von ORMOCER-Schichten mit einem Anteil von 0,1 bis 10%, vorzugsweise 0,5 bis 5%, insbesondere 1 bis 2%, der Fluorsilane in der ORMOCER-Schicht erreicht werden. Der Einbau eines gleichzeitig hydrophoben und oleophoben Charakters der Schicht wird durch Zugabe eines Alkoxysilans mit hochfluorierten Alkylketten erreicht. Besonders günstige Effekte werden dabei mit Silanen des Typs F13 (CF₃-(CF₂)₅-) und F16 (CF₂H-(CF₂)₇-) erreicht.

Claims

Wärmetauscher, insbesondere Abgaswärmetauscher, mit mindestens einer von einem Medium, insbesondere von Abgas, beaufschlagten Fläche aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, die mit einer Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein Beschichtungsmaterial umfasst, das auf Nanotechnologie basiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Hauptkomponente umfasst, die sich aus einem organischen und einem anorganischen Anteil zusammensetzt.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Silicium enthält.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Titan, Zirkonium und/oder Aluminium enthält.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Magnesium, Zink und/oder Calcium enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere eines Abgaswärmetauschers, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in einem Sol-Gel-Verfahren erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sol auf die zu beschichtende Fläche aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sol ausgehärtet wird, um eine vernetzte Polymerschicht zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) ein zu beschichtender Wärmetauscher wird mit dem Beschichtungsmaterial geflutet und entleert; b) der entleerte Wärmetauscher wird in einem Trockenofen erhitzt und/oder mit einem heißen Gas, insbesondere Heißluft, durchströmt.