DE102014015170B3

DE102014015170B3 - Gelöteter Wärmetauscher und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102014015170B3
Application number: DE102014015170.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schatz-Knecht
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2034-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen in einem Lötofen gelöteten Wärmetauscher, umfassend, gestapelte Wärmetauscherteile (1), die Kanäle (2a, 2b) für unterschiedliche Medien bereitstellen und Lotwerkstoff (3), wenigstens angeordnet in Lötverbindungsnähten. Um Kundenwünsche nach einem verbesserten Wärmetauscher zu erfüllen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass in den einen Kanälen (2a) ein Lotwerkstoff (3a) vorhanden ist, der verschieden ist von dem Lotwerkstoff (3b) in den anderen Kanälen (2b), wobei wenigstens zwei verschieden basierte Lotwerkstoffe (3a, 3b) vorhanden sind und wobei die verschieden basierten Lotwerkstoffe (3a, 3b) hinsichtlich Schmelztemperaturbereich u. a. Parametern aneinander angepasst ausgebildet sind. Vorgeschlagen wird auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren für gelötete Wärmetauscher.

Description

Die Erfindung betrifft einen in einem Lötofen gelöteten Wärmetauscher, umfassend gestapelte Wärmetauscherteile, die Kanäle für unterschiedliche Medien bereitstellen und Lotwerkstoff in den Lötverbindungsnähten. Die Erfindung betrifft auch ein Herstellungsverfahren dafür.
Der hier zur Einführung von Verbesserungen anstehende gelötete Wärmetauscher ist beispielsweise derjenige, der aus dem EP 1 152 204 B1 bekannt ist. Über Einzelheiten bezüglich des Lötens, der eingesetzten Lote und des Lötverfahrens wurde in dieser Schrift wenig berichtet.
Das Material der Wärmetauscherteile, vorzugsweise Wärmetauscherplatten und das Material von Lamellen, die in den Kanälen angeordnet sind, ist oft ein geeigneter Stahl oder auch ein Edelstahl.
Mit Blick auf zum Löten von Stahl geeignete Lotwerkstoffe gibt es zum Beispiel Ni-basierte Lote, Cu-basierte Lotwerkstoffe, Fe-basierte Lotwerkstoffe u. a., beispielsweise auch Cr-basierte Lotwerkstoffe. Der Begriff „basiert” bringt bekanntlich zum Ausdruck, dass das jeweilige Metall den Hauptlegierungsbestandteil oder zumindest einen wesentlichen Bestandteil des Hartlotwerkstoffs darstellt, neben anderen Legierungsbestandteilen wie Mn, Mo, P und Si, um nur einige zu nennen.
Beispielsweise aus der DE 100 03 329 B4 ist es bekannt, zum Löten eines Abgasrückführungskühlers zwei unterschiedliche Cr-basierte Lotwerkstoffe einzusetzen. Diese werden entweder vor dem Auftragen gemischt und die Mischung wird auf zu lötende Einzelteile des Kühlers bzw. auf einen Grundwerkstoff aufgetragen oder die beiden Lote werden übereinander als untere und obere Lage in Form einer Lotpaste aufgetragen. Mit diesem Vorschlag wird eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit des Abgaskühlers erreicht.
Im EP 1 153 690 A1 hat man zum Erreichen des selben Ziels drei unterschiedlich basierte Lotwerkstoffe auf dem Grundwerkstoff angeordnet, nämlich zunächst ein Cr-basiertes Lot, dann ein Ni-basiertes Lot und schließlich ein Cu-basiertes Lot. In sämtlichen Kanälen der genannten Wärmetauscher befinden sich die gleichen Lotwerkstoffe, was auch aus fertigungstechnischer und aus logistischer Sicht sinnvoll ist. In der EP-Schrift wird der Einsatz von Lotpasten, Lotpulver oder Lotfolien als nachteilig angesehen. Es werden deshalb elektrische oder nicht elektrische Plattierungsmethoden der Lotwerkstoffe auf den Grundwerkstoff des Wärmetauschers durchgeführt.
Aus der DE 103 28 274 A1 ist ein Herstellungsverfahren für gelötete Plattenwärmeübertrager bekannt. Das Verfahren sieht eine Kombination von bestimmten Schweiß- und Lötarbeitsschritten vor. Auch der Einsatz von Lotfolien oder das Auftragen von Lotpasten oder Lotpulver wird erwähnt. Ferner werden einige geeignete Lotwerkstoffe angesprochen.
Aus der Praxis ist es auch bekannt, beide Flachseiten von Aluminiumblechstreifen, aus denen Wärmetauscherplatten hergestellt werden, mit unterschiedlichen Al-basierten Lotwerkstoffen zu plattieren. Die Lotwerkstoffe sind Al-Si-Lotwerkstoffe. Sie sind jedoch hinsichtlich des Gehalts einiger Legierungsbestandteile unterschiedlich. Im Wärmetauscher sind die Platten so angeordnet, dass auf den Oberflächen sämtlicher Kanäle des Wärmetauschers identische Lotwerkstoffe vorhanden sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den eingangs beschriebenen in einem Lötofen gelöteten Wärmetauscher zu verbessern und ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren dafür anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem gelöteten Wärmetauscher gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren befindet sich im Patentanspruch 16.
Die erfindungsgemäßen gelöteten Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 1 umfassen als ersten Typ so genannte „gehäuselose” Wärmetauscher, bei denen die Wärmetauscherteile meist als wannenförmige Platten ausgebildet sind, die ineinander gestapelt sind. Diese Wärmetauscherplatten weisen wenigstens vier Öffnungen auf, die vier durch den Stapel sich erstreckende Ein- bzw. Auslasskanäle bilden. Ein Einlasskanal und ein Auslasskanal ist jeweils einem Medium zugeordnet. Bei diesem ersten Wärmetauschertyp sind sämtliche Kanäle geschlossene Kanäle. Geschlossene Kanäle sind solche, die mittels verbundener Plattenränder ringsum geschlossen sind.
Zu den erfindungsgemäßen Wärmetauschern gemäß Patentanspruch 1 gehören aber auch solche eines zweiten Typs, der ein Gehäuse aufweist, in dem der Stapel angeordnet ist. Dieser Stapel besitzt Rohre bildende Plattenpaare und Rippen oder (alternativ) Nocken, zwischen den Rohren bzw. den Plattenpaaren, mit geschlossenen Kanälen in den Rohren und mit anderen, offenen Kanälen, in denen die Rippen oder die Nocken angeordnet sind und mit Lotwerkstoff, angeordnet in den Lötverbindungsnähten. Diese Wärmetauscherplatten besitzen in der Regel lediglich zwei Öffnungen in den Platten oder in den Rohrwänden, die einen Einlasskanal und einen Auslasskanal im Plattenstapel für das durch die geschlossenen Kanäle in den Plattenpaaren strömende Medium bilden. Das zweite Medium strömt in das Gehäuse ein und durchströmt die anderen, offenen Kanäle mit den Rippen oder den Nocken zwischen den Plattenpaaren, um danach das Gehäuse zu verlassen.
Der zweite Wärmetauschertyp ist demnach gekennzeichnet durch einen im Stapel vorhandenen Wechsel von geschlossenen Kanälen mit den offenen Kanälen. Offene Kanäle sind solche, die vorzugsweise ringsum offen sind, sodass – wie vorstehend erwähnt – das in das Gehäuse eintretende Medium die wenigstens teilweise offenen (anderen) Kanäle durchströmen kann.
Erkennbar soll sein, dass der Fokus dieses Vorschlags eher auf das Löten, speziell auf das Hartlöten eines Wärmetauschers und auf damit zusammenhängende Merkmale gerichtet ist als auf dessen körperliche Ausgestaltung, die recht unterschiedlich sein kann. Die erwähnten geschlossenen und offenen Kanäle sollen, jedenfalls für den vorliegenden Zusammenhang, auch gleichwertig mit Flusspfaden oder Strömungskanälen oder dergleichen Durchgängen sein. Besonders soll bezüglich dieses zweiten Wärmetauschertyps hervorgehoben werden, dass auch einteilige Flachrohre gleichwertige Wärmetauscherteile sind, die im Zuge der Bildung des Stapels zwischen sich Kanäle für unterschiedliche Medien bilden. Also ein Stapel von einteiligen Flachrohren, mit oder ohne Rippen zwischen den Flachrohren, soll als ein im Schutzumfang liegendes Äquivalent angesehen werden, nämlich gleichwertig mit dem Stapeln von Platten, die zwischen sich geschlossene Kanäle und offene Kanäle bilden. Der abhängige Patentanspruch 15 spricht die in diesem Absatz beschriebene Konstruktion an.
Weil sich der Lotwerkstoff auf Oberflächen in denjenigen Kanälen, die einem Medium zugeordnet sind unterscheidet von dem Lotwerkstoff auf anderen Oberflächen in den anderen Kanälen, die einem anderen Medium zugeordnet sind, wurde der Wärmetauscher wenigstens für manche Anwendungen in funktioneller Hinsicht und gegebenenfalls auch hinsichtlich der Kosten verbessert. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um zwei verschieden basierte Lotwerkstoffe.
Die unterschiedlich basierten Lotwerkstoffe sollen vorzugsweise als Lotpaste, Lotfolien oder als Lotpulver aufgetragen werden. Der alternativ mögliche Einsatz von entsprechend plattierten Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Platten und/oder Lamellen bzw. Kanalblechen bietet sich an, wenn die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen gegeben sind.
Beispielsweise bei bekannten Wärmetauschern zum Wärmeaustausch zwischen drei oder mehreren Medien, mit drei den Medien entsprechend zugeordneten Kanälen bzw. mit drei Kanalgruppen, könnten auch mehr als zwei verschieden basierte Lotwerkstoffe pro Wärmetauscher zum Einsatz kommen, möglicherweise je ein Lotwerkstoff pro Kanalgruppe.
Von besonderem Vorteil ist es in vielen Fällen, dass die verschieden basierten Lotwerkstoffe vorzugsweise (Kupfer) Cu-basierte und (Eisen) Fe-basierte Lotwerkstoffe sind. Der Grundwerkstoff für die Wärmetauscherteile sowie für gewellte Lamellen und gewellte Kanalbleche, die sich vorzugsweise in den Kanälen befinden, ist vorzugsweise ein Stahl oder ein Edelstahl.
Wird der Wärmetauscher beispielsweise als Ölkühler verwendet, ist vorgesehen, in den Kanälen, die dem Öl zugeordnet sind, den Cu-basierten Lotwerkstoff und in den anderen Kanälen, die einer Kühlflüssigkeit zugeordnet sind, den Fe-basierten Lotwerkstoff einzusetzen. Bei dem Ölkühler herrschen auf der Ölseite oft höhere Drücke vor. Das Cu-basierte Lot besitzt deutlich bessere Festigkeitseigenschaften und wird deshalb dort eingesetzt.
Bei dem das Gehäuse aufweisenden Wärmetauschertyp könnte sich – im Unterschied zum gehäuselosen Wärmetauscher – in den Ölkanälen der Fe-Lotwerkstoff befinden und in den Kühlmittelkanälen der Cu-Lotwerkstoff.
In manchen Applikationen können auch ein oder zwei andere unterschiedlich basierte Lotwerkstoffe zum Einsatz kommen.
Ein geeigneter Cu-basierter Lotwerkstoff besitzt einen Cu-Anteil von etwa 99% Cu oder sogar mehr.
Ein geeigneter Fe-basierter Lotwerkstoff enthält beispielsweise 20 Gew.% Cr, 39 Gew.% Fe und 20 Gew.% Ni und auch 10 Gew.% Cu sowie andere Legierungsbestandteile in geringerem Umfang.
Ein anderes geeignetes Fe-basiertes Lot besitzt 54 Gew.% Fe und lediglich 15 Gew.% Cr sowie 10 Gew.% Ni und andere Legierungsbestandteile u. a. auch 5 Gew.% Cu.
Der Erfinder hat beobachtet, dass bei den erwähnten Anwendungen der Wärmetauscher Bedenken oder Vermutungen entstanden sind, wonach sich einige Legierungsbestandteile (beispielsweise Kupfer, Cu) auflösen oder teilweise auflösen, die dann in den am Wärmetausch beteiligten Medien vorhanden sind und durch angeschlossene Kreisläufe transportiert werden. Manchen Legierungsbestandteilen wird nachgesagt, sie seien für aufgetretene Schäden in den Kreisläufen verantwortlich, weil sie unerwünschte chemische Reaktionen auslösen.
Mit den erfindungsgemäßen Wärmetauschern und dem Herstellungsverfahren lassen sich mögliche Schäden vermeiden.
Es wurde ferner beobachtet, dass, obwohl auch passende Fe-basierte Lotwerkstoffe bis zu 10% Cu enthalten können (siehe oben), keine messbaren Auflösungserscheinungen von Kupfer aufgetreten sind. Es kann sein, dass eine bestimmte Menge von Kupfer nötig ist, um vermeintlich schädigende Auflösungserscheinungen auszulösen.
Das vorgesehene Hartlötverfahren ist vorzugsweise ein bekanntes flussmittelfreies Vakuum-Lötverfahren. Es kann sich aber auch um ein Schutzgas-Lötverfahren handeln.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass die verschiedenen Lotwerkstoffe hinsichtlich Schmelztemperaturbereiche, erforderliches Vakuum usw. aneinander angepasst ausgestaltet sind, was durch entsprechende Zugaben von Legierungsbestandteilen erfolgt und an sich bekannt ist. Zum Löten von Edelstahl sind bekanntlich Löttemperaturen oberhalb von etwa 1200°C erforderlich. Die angesprochenen Schmelztemperaturbereiche der beiden Lotwerkstoffe müssen unterhalb davon liegen, beispielsweise etwa bei 1100°C. Sie sollten sich vorzugsweise lediglich um +/– 50°C oder weniger voneinander unterscheiden oder etwa identisch sein.
Ein bereits detailliert weitergebildetes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung gelöteter Wärmetauscher aus gestapelten Wärmetauscherteilen, die im Zuge der Bildung des Stapels Kanäle für verschiedene Medien bereitstellen, wobei in diesem Zuge gewellte Lamellen in die einen Kanäle und gewellte Kanalbleche in die anderen Kanäle eingelegt werden, wobei vor oder in diesem Zuge, Lotwerkstoffe appliziert werden und wobei schließlich der Wärmetauscher in einem Lötofen gelötet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff, der auf Oberflächen in den einen Kanälen aufgetragen wird oder vorher aufgetragen wurde, verschieden ist von dem Lotwerkstoff, der auf andere Oberflächen in den anderen Kanälen aufgetragen wird oder vorher aufgetragen wurde. Die erwähnten Oberflächen entsprechen vorzugsweise etwa den einleitend genannten Lötverbindungsnähten.
Alternativ zum beschriebenen Verfahren kann das Einlegen von Lamellen und/oder Kanalblechen entfallen oder teilweise entfallen, wenn Nocken in den Wärmetauscherplatten ausgebildet sind. In diesem Fall werden die Lotwerkstoffe auf die Spitzen der Nocken aufgetragen. Es kann auch gemäß einer anderen Alternative ein Mix von Lamellen/Kanalblechen und Nocken in den Kanälen vorgenommen werden.
Der Begriff „auftragen” oder auch „applizieren” umfasst alle bekannten Arten und Weisen der Anordnung von Lot, im Wesentlichen also Plattieren des Grundwerkstoffs mit Lot, Lotpulver oder Lotpasten als Lotschicht auftragen und auch das Einfügen von Lotfolien, was im Zuge der Bildung des Stapels durchgeführt wird.
Der Umstand, dass das angesprochene Plattieren bereits bei der metallurgischen Herstellung von Blechstreifen für die Platten, die Lamellen und/oder die Kanalbleche erfolgt, was vor der Herstellung des Wärmetauschers stattfinden muss, ist im Verfahrensanspruch 16 durch die Vergangenheitsform „wurde” hervorgehoben worden.
Wegen anderer erfindungsgemäßer Merkmale wird auf die Patentansprüche 2–20 und auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen hingewiesen.
FIGURENBESCHREIBUNG
Die 1 bis 7a und 7b zeigen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele bei Wärmetauschern, die den oft als „gehäuseloser” Wärmetauscher bezeichneten Typ betreffen. Sämtliche Kanäle 2 dieses Wärmetauschertyps sind geschlossene Kanäle 2a, 2b.
Die Darstellungen gemäß den 8 bis 10 zeigen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele an einem anderen Wärmetauschertyp, bei dem der Stapel in einem Gehäuse 30 angeordnet ist. Dieser Typ weist den erwähnten Wechsel von geschlossenen Kanälen 2a mit offenen Kanälen 2b auf.
Die 1 kann als ein Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen gelöteten Wärmetauschers angesehen werden.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers aus 1. Die Platten 1 besitzen vier Plattenöffnungen 12, wie diese Figur zeigt.
Die 3 ist eine recht abstrakte Skizze, die lediglich zwei der Kanäle 2a, 2b des Wärmetauschers und drei der Platten 1 zeigt. Für diese Darstellung kann angenommen werden, dass die Lotwerkstoffe 3a, 3b als Lotfolien ausgebildet sind. Die Lotfolien kann man großflächig ausschneiden, sodass der Lotwerkstoff 3a, 3b nur an den Kontaktflächen vorhanden ist (siehe 10, Ausschnitte 13). Die Kontaktflächen sind etwa diejenigen, die in den 4–6 mittels Linien markiert sind. Es kann bei dieser Darstellung jedoch auch angenommen werden, dass der Lotwerkstoff 3a, 3b alternativ als Plattierung vorliegt.
Die 4 und 5 zeigen eine Lamelle in Form eines gewellten Kanalblechs 4b, das sich in den einen Kanälen 2b befindet. Eine Darstellung zeigt die Oberseite des Kanalblechs 4b und die andere dessen Unterseite. In den Kanalblechen 4b und auch in den Lamellen 4a befinden sich Öffnungen, die das Bezugszeichen 12'' erhalten haben. Der Öffnungsrand einer jeden Öffnung 12'' erstreckt sich jeweils um zwei Plattenöffnungen 12 herum, um einen durch den Stapel gehenden Einström- oder Ausströmkanal 12' zu bilden. Deshalb sind die Öffnungen 12'' geringfügig größer als die Plattenöffnungen 12 (siehe auch 9 und zugehörige Beschreibung, unten).
Der hier als Lotpaste aufgetragene eine Lotwerkstoff 3b wurde mittels der bogenförmigen Linien – nicht komplett aber überwiegend – angedeutet.
Die 6 zeigt einen Ausschnitt aus einer gewellten Lamelle 4a, die sich in den anderen Kanälen 2a befinden. Hier wurde der andere Lotwerkstoff 3a, ebenfalls als Lotpaste, aufgetragen, mittels gerader Linien angedeutet-gestrichelt auf der in 6 nicht sichtbaren Unterseite der Wellentäler 4t, durchgezogen auf der sichtbaren Oberseite der Wellenberge 4bg. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Kanäle 2a, 2b von den gewellten Lamellen 4a bzw. von den gewellten Kanalblechen 4b wenigstens nahezu komplett ausgefüllt. Dadurch wird einerseits eine sehr gute Wärmeaustauschrate erreicht und andererseits auch eine höhere Festigkeit zur Verfügung gestellt, weil zahlreiche und auch größere oben erwähnte Kontaktflächen bzw. Lötverbindungsnähte mit den Platten 1 geschaffen werden.
Die 7a und 7b unterscheiden sich hinsichtlich der Lotwerkstoffe 3a, 3b auf den Plattenrändern 10a.
Die 7a zeigt eine abstrakte Skizze einer möglichen Ausführungsform, anhand eines aus zwei (noch mit Abstand voneinander dargestellten) Platten 1 gebildeten Kanals 2b, in dem ein gewelltes Kanalblech 4b liegt. Auf den Plattenrändern 10a ist ein mit dem Lotwerkstoff im jeweiligen Kanal 2a, 2b identischer Lotwerkstoff angeordnet. Lediglich einer der Ölkanäle 2a wird in 7a, oberhalb des Kühlmittelkanals 2b, in noch etwas abstrakterer Weise gezeigt.
Bei einer Ausführungsform gemäß 7b ist das Lot auf den Plattenrändern 10 – entgegen dem, was in 7a gezeigt ist – identisch für alle Platten 1 bzw. für alle Kanäle 2a, 2b. An den abgebogenen Rändern 10a der Platten 1, die sich um den gesamten Plattenumfang erstrecken, befindet sich ein Cu-basierter Lotwerkstoff 3a. Auf dem Kanalblech 4b ist hingegen ein Fe-basierter Lotwerkstoff 3b vorhanden. Selbstverständlich sind sämtliche Kanäle 2b, die bei einem Ölkühler einer Kühlflüssigkeit zugeordnet sind, wie der gezeigte Kanal 2b ausgebildet worden. In den (Ölkanälen 2a dieser nicht gezeigten Ausführungsform befindet sich hingegen der Cu-basierte Lotwerkstoff 3a sowohl in den Ölkanälen 2a als auch auf den zugehörigen Plattenrändern 10a. Es wurde festgestellt, dass die relativ geringe Menge von Kupfer auf den Rändern 10a noch keine Auflösungserscheinungen von Kupfer zur Folge hat.
Die gewellten Kanalbleche 4b und die gewellten Lamellen 4a sind in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel körperlich identisch ausgebildet worden, beispielsweise so ausgebildet, wie es in der 6 gezeigt wird.
Andere nicht gezeigte Ausführungen am „gehäuselosen” Wärmetauschertyp besitzen Lamellen oder Kanalbleche nur in den einen Kanälen. In den anderen Kanälen sind Ausformungen (Nocken 11) in die Platten 1 geprägt worden, die aneinander anliegen und verlötet werden. Solche Ausführungen werden anhand des oben erwähnten anderen Wärmetauschertyps gemäß den 8–10 gezeigt und weiter unten beschrieben.
Gemäß weiteren in den 1–7 nicht gezeigten Ausführungen befindet sich ein Mix aus Lamellen 4a und Kanalblechen 4b in den Kanälen 2a und/oder 2b. In solchen Fällen sollten die Lamellen 4a und die Kanalbleche 4b, die sich gemeinsam in einem Kanal befinden, mit einem gleichen Lotwerkstoff 3a oder 3b versehen sein. Es kann auch ein Mix von Lamellen und Nocken 11 in jedem Kanal 2a und 2b vorgesehen werden, oder auch ein Mix aus Kanalblechen 4b und Nocken 11. Die 10 bezieht sich zwar auf den zweiten Wärmetauschertyp, sie zeigt aber trotzdem, wie ein Mix aussehen kann. Sie wird weiter unten extra beschrieben.
Weitere nicht gezeigte und weniger bevorzugte Ausführungen besitzen nur Ausformungen (Nocken 11) in den Platten 1 und deshalb gar keine Lamellen 4a oder dergleichen Einlagen in den Kanälen 2a, 2b. Die Lotwerkstoffe 3a, 3b befinden sich auch hier nur an den erwähnten Kontaktflächen, die die Flächen an den anliegenden Ausformungen sind. Die Kontaktflächen entsprechen ebenfalls den Lötverbindungsnähten.
Das Auftragen der Lotwerkstoffe 3a, 3b als Lotpaste kann mittels sich drehender Walzen W oder mittels anderer Vorrichtungen erfolgen, um diesen Vorgang effektiv, das heißt, für eine Großserienfertigung geeignet zu gestalten. Auch Siebdruckverfahren zum Lotauftrag sind bekannt und geeignet. Wegen der wenigstens zwei verschiedenen Lotwerkstoffe 3a, 3b sind getrennte Fertigungslinien ratsam. Zumindest sollte ein Kontakt zwischen den Lotwerkstoffen vermieden werden.
Die 8 zeigt einen in dem Gehäuse 30 angeordneten Stapel aus Wärmetauscherplatten 1. Die Platten 1 besitzen hier lediglich zwei Plattenöffnungen 12, beispielsweise für Öl. An den Öffnungen 12 der obersten Platte 1 befindet sich je ein Flansch 5. Das Gehäuse 30 hat einen Einlass 31 und einen Auslass 32, beispielsweise für eine Kühlflüssigkeit KM. Die 9 zeigt einen solchen Stapel allein, als Schnitt durch die einen Plattenöffnungen 12 bzw. durch einen Einlasskanal, der mittels der Plattenöffnungen 12 gebildet wird. Auch die vorne erwähnten Öffnungen 12'' in den Kanalblechen 4b und in den gewellten Lamellen 4a sind erkennbar. Das Ausführungsbeispiel gemäß den 8 und 9 zeigt ebenfalls, dass die gewellten Lamellen 4a die Ölkanäle 2a etwa vollständig ausfüllen.
Die 10 zeigt einen teilweise als Explosionsdarstellung dargestellten Stapel. Der im Stapel oberste Kanal 2b für die Kühlflüssigkeit KM, der einer der offenen Kanäle 2b ist, wurde auseinander gezogen dargestellt. Darüber ist ein im Stapel oberster Kanal 2a für Öl, der einer der geschlossenen Kanäle 2a ist, als ein Plattenpaar dargestellt worden. Beide Plattenränder 10b der jeweils ein Paar bildenden Platten 1 sind verformt worden und greifen ineinander, um den Kanal 2a nach außen abzuschließen. Ähnliches trifft auf die Ränder der Öffnungen 12 zu, um den erwähnten Einströmkanal oder einen Ausströmkanal zu bilden (9). Die Lotwerkstoffe 3a, 3b auf den Plattenrändern 10b können dem entsprechen, was in Verbindung mit den 7a und 7b weiter vorne bereits beschrieben wurde. Demnach können die Lotwerkstoffe auf den Plattenrändern 10b gleich oder unterschiedlich von dem Lotwerkstoff im zugehörigen Kanal 2a, 2b sein.
Der Lotwerkstoff 3b in den Kanälen 2b wird in diesem Ausführungsbeispiel (10) als Lotfolie eingesetzt. Die Lotfolien 3b besitzen die unter 3 bereits erwähnten Ausschnitte 13, um Lotwerkstoff zu sparen. In den anderen Kanälen 2a kann ein Lotpulver oder Lotpaste auf die darin befindlichen Lamellen 4a aufgetragen werden. Wie die Abbildungen zeigen, sind die Kanäle 2b überwiegend mit Nocken 11 ausgebildet, die in die Platten 1 eingeprägt werden. Gegenüberliegende Nocken 11 werden miteinander verlötet. Hier reicht es, den teuren Lotwerkstoff 3a oder 3b lediglich auf die Spitzen der Nocken 11 zu applizieren. In 10 sieht man in den Kanälen 2b auch einen Mix von zwei Kanalblechen 4b und den Nocken 11. Die Nocken 11 sind im größeren zentralen Bereich der Platten 1 angeordnet. Die Kanalbleche 4b sind lediglich um die zwei Plattenöffnungen 12 herum angeordnet. Ein solcher oder ein ähnlicher Mix von Anordnungen kann auch in den Kanälen 2a vorhanden sein.
Ein anderer geeigneter jedoch nicht gezeigter Mix kann darin bestehen, dass innerhalb der einen und/oder der anderen Kanäle 2a, 2b sowohl Lamellen 4a als auch Kanalbleche 4b angeordnet sind. Die erwähnten Nocken 11 können sogar zusätzlich vorhanden sein.
Bei dem vorne bereits angesprochenen Ausführungsbeispiel, welches in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt wird, bei dem der Stapel aus Flachrohren (Wärmetauscherteile 1) mit oder ohne Rippen gebildet sowie in das Gehäuse 30 eingesetzt wird, befinden sich die Öffnungen 12 bekanntlich in den gegenüberliegenden Breitseiten der Flachrohre. Die Flachrohre sind dann an ihren gegenüberliegenden Enden verschlossen und stellen in sich die geschlossenen Kanäle 2a bereit. Auch in diesen Flachrohren können sich gewellte Lamellen 4 und/oder Kanalbleche und/oder Nocken 11 befinden. Die erwähnten Rippen in den offenen Kanälen 2b können durch Nocken 11 – ausgebildet in den Breitseiten der Flachrohre – oder auch durch gemischte Anordnungen ersetzt werden.
Im Übrigen kann bezüglich des Hartlötens, des Lötofens selbst sowie damit zusammenhängender Arbeitsschritte und auch bezüglich der Herstellung geeigneter Lotwerkstoffe auf den Stand der Technik und auf bei den Herstellern vorhandenes Know-how verwiesen werden.
Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher können neben dem Einsatz als Ölkühler für alle möglichen Anwendungen vorteilhaft sein, insbesondere für solche, in denen man bestimmte metallische Elemente, wie hier beispielsweise Kupfer, eliminieren möchte, oder auch um Herstellungskosten zu reduzieren. Demzufolge können die Medien alle möglichen flüssigen, gasförmigen oder phasenwechselnden Medien sein, wobei unterschiedliche Medien auch gleiche Medien (bspw. zwei Öle oder dergleichen) mit unterschiedlichen Temperaturen umfassen sollen.
Bezugszeichenliste

1: Wärmetauscherteile, vorzugsweise Platten
10a: schräg abgebogene, umlaufende Plattenränder aller Platten
10b: abgebogene Plattenränder bei Plattenpaaren
11: Nocken in 1, ggf. auch in 4b
12: Plattenöffnungen
12': Einlass- oder Auslasskanal
2a: die einen Kanäle
2b: die anderen Kanäle
3a: der eine Lotwerkstoff, vorhanden in 2a, beispielsweise Cu-Lot
3b: der andere Lotwerkstoff, vorhanden in 2b, beispielsweise Fe-Lot
4a: gewellte Lamellen
4b: gewellte Kanalbleche
4bg: Wellenberge
4t: Wellentäler
12'': Öffnungen in 4b und 4a
40: Flusspfade in 4b
41: ebene Bereiche in 4b
42: Schnitte in Wellenflanken von 4a
5: Flansch
13: Ausschnitte in Lotfolien
30: Gehäuse
31: Einlass in 30
32: Auslass aus 30
KM: Kühlflüssigkeit
W: Walze, alternativ bspw. Siebdruckverfahren zum Lotauftrag

Claims

In einem Lötofen gelöteter Wärmetauscher, umfassend, gestapelte Wärmetauscherteile (1), die entweder nur geschlossene Kanäle oder geschlossene und offene Kanäle für unterschiedliche Medien bereitstellen und Lotwerkstoff, wenigstens angeordnet in Lötverbindungsnähten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotwerkstoff (3a) auf Oberflächen in den einen Kanälen (2a) verschieden ist von einem anderen Lotwerkstoff (3b) auf anderen Oberflächen in den anderen Kanälen (2b), wobei wenigstens zwei verschieden basierte Lotwerkstoffe (3a, 3b) vorhanden sind und wobei die verschieden basierten Lotwerkstoffe (3a, 3b) wenigstens hinsichtlich ihrer Schmelztemperaturbereiche aneinander angepasst ausgebildet sind.
Gelöteter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Lotwerkstoffe (3a) vorzugsweise Cu-basierte und Fe-basierte Lotwerkstoffe (3b) sind, wobei der Grundwerkstoff ein Stahl oder ein Edelstahl ist.
Gelöteter Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den einen Kanälen (2a), die einem Öl zugeordnet sind der Cu-basierte Lotwerkstoff (3a) vorhanden ist und in den anderen Kanälen (2b), die einer Kühlflüssigkeit zugeordnet sind, der Fe-basierte Lotwerkstoff (3b) vorgesehen ist, oder umgekehrt.
Gelöteter Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2a, 2b) sich vorzugsweise derart abwechseln, dass auf einen Ölkanal ein Kühlflüssigkeitskanal folgt.
Gelöteter Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den einen Kanälen (2a) gewellte Lamellen (4a) und in den anderen Kanälen (2b) gewellte Kanalbleche (4b) angeordnet sind.
Gelöteter Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass in den einen Kanälen (2a) gewellte Lamellen oder gewellte Kanalbleche (4b) angeordnet sind und in den anderen Kanälen (2b) Nocken (11) als Ausformungen der Wärmetauscherteile (1) angeordnet sind.
Gelöteter Wärmetauscher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lotwerkstoffe (3a, 3b) lediglich an den an den Wärmetauscherteilen (1) anliegenden Wellenbergen (4bg) und Wellentälern (4t) befinden.
Gelöteter Wärmetauscher nach den Ansprüchen 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die gewellten Lamellen (4a) versetzt geschnittene Wellenflanken (42) besitzen und die gewellten Kanalbleche (4b) meist bogenartig ausgeformte Flusspfade (40) mit dazwischen angeordneten unverformten, ebenen Bereichen (41) aufweisen.
Gelöteter Wärmetauscher nach den Ansprüchen 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (4a) identisch mit den Kanalblechen (4b) ausgebildet sind.
Gelöteter Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanälen (2a, 2b) entweder ein Mix von gewellten Lamellen (4a) und gewellten Kanalblechen (4b) oder ein Mix aus gewellten Lamellen oder Kanalblechen und Nocken (11) angeordnet ist.
Gelöteter Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherteile Platten (1) mit einem schräg aufgerichteten, umlaufenden Rand (10a) sind, die zur Bildung des Stapels wannenartig ineinander gesetzt angeordnet sind, wobei sie an den Rändern (10) anliegen und im übrigen Plattenbereich zur Bildung der Kanäle (2a, 2b) beabstandet sind.
Gelöteter Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (10a) der einen Platte (1) mit ihrer Oberseite an der Unterseite des Randes (10a) der folgenden Platte (1) anliegt und angelötet ist oder umgekehrt.
Gelöteter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherteile (1) Platten (1) sind, die als Plattenpaare angeordnet sind, wobei umlaufende, abgebogene Ränder (10b) der beiden ein Plattenpaar bildenden Platten (1) jeweils ineinander greifen, um die einen Kanäle (2a) zu bilden, wobei die anderen Kanäle (2b) zwischen den Plattenpaaren angeordnet sind.
Gelöteter Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (3a, 3b) auf den Plattenrändern (10a, 10b) identisch mit oder unterschiedlich von dem Lotwerkstoff (3a, 3b) in den zugeordneten Kanälen (2a, 2b) ist.
Gelöteter Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherteile (1) gestapelte einteilige Flachrohre sind, wobei die einen Kanäle (2a) innerhalb der Flachrohre gebildet und geschlossene Kanäle sind und die anderen Kanäle (2b) in Zwischenräumen zwischen den Flachrohren angeordnet und offene Kanäle sind.
Verfahren zur Herstellung gelöteter Wärmetauscher, bei dem ein Stapel aus Wärmetauscherteilen (1) gebildet wird, die Kanäle (2a, 2b) für verschiedene Medien bereitstellen, wobei Lotwerkstoff wenigstens an Lötverbindungsnähten aufgetragen wird oder wurde, wonach der Stapel in einem Lötofen gelötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotwerkstoff (3a), der auf Oberflächen in den einen Kanälen (2a) aufgetragen wird verschieden ist von einem anderen Lotwerkstoff (3b), der auf andere Oberflächen in den anderen Kanälen (2b) aufgetragen wird und dass die Lotwerkstoffe (3a, 3b) bei ihrer Herstellung durch Zugabe von Legierungsbestandteilen so eingestellt werden, dass ihre Schmelztemperaturen identisch sind oder wenigstens nahe beieinander liegen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotwerkstoff (3a), der in den einen Kanälen (2a) aufgetragen wird vorzugsweise ein Cu-basierter Lotwerkstoff (3a) ist, und dass in den anderen Kanälen (2b) vorzugsweise ein Fe-basierter Lotwerkstoff (3b) aufgetragen wird, oder umgekehrt.
Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Bildung des Stapels gewellte Lamellen (4a) in die einen Kanäle (2a) und gewellte Kanalbleche (4b) in die anderen Kanäle (2b) eingelegt werden, oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotwerkstoffe (3a, 3b) vorzugsweise auf die Wellenberge (4bg) und Wellentäler (4t) der Lamellen (4a) und der Kanalbleche (4b) aufgetragen wird, die an den Wärmetauscherteilen (1) anliegen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Kanäle (2a, 2b) ein Mix aus Lamellen und/oder Kanalblechen und/oder Nocken (11) in den Wärmetauscherteilen (1) ausgebildet wird.