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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Wärmeableitrippen-Material aus einer Aluminiumlegierung der Serie 3xxx und umfassend mindestens 0,5% bis 2,0% Mn. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmetauscheranordnung, in der ein solches Wärmeableitrippen-Material verbaut ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wie hierin im Folgenden zu verstehen, beziehen sich Aluminiumlegierungsbezeichnungen und Zustandsbezeichnungen, wenn nicht anderweitig angegeben, auf die Bezeichnungen der Aluminium Association in Aluminium Standards und die Daten und registrierten Einträge, wie 2010 von der Aluminium Association veröffentlicht und wie sie dem Fachmann gut bekannt sind.
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Zur Beschreibung von Legierungszusammensetzungen oder bevorzugten Legierungszusammensetzungen sind sämtliche Bezugnahmen auf Prozentangaben in Gewichtsprozent angegeben, wenn nicht anders angegeben. Der Ausdruck ”bis zu” und ”bis zu etwa”, wie hierin verwendet, schließt ausdrücklich die Möglichkeit von Null Gewichtsprozent der bestimmten Legierungskomponente, auf die er sich bezieht, ein, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann bis zu etwa 0,05% Cr eine Legierung ohne Cr einschließen.
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Wärmetauscher und anderes vergleichbares Gerät, wie Kondensatoren, Verdunster, und dergleichen, zur Verwendung in Autokühlern, Klimaanlagesystemen, industriellen Kühlsystemen, etc. umfassen im Allgemeinen eine Anzahl von Wärmetauscherrohren, die zwischen zwei Kopfteilen (Headern) parallel angeordnet sind, wobei jedes Rohr an einem Ende mit einem der Kopfteile verbunden ist. Im freien Luftströmungsraum zwischen den nebeneinander liegenden Wärmetauscherrohren sind gewellte Lamellen angeordnet und an die jeweiligen Rohre angelötet.
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Das rippenartige Material oder der rippenartige Rohstoff für gelötete Wärmeaustauscher ist typischerweise aus Aluminiumlegierungen der Serie 3xxx gefertigt, beispielsweise AA3003 oder AA3003, mit einer zweckgerichteten Zugabe von bis zu etwa 3% Zn.
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Das Wärmeableitrippen-Material wird in einem Lötvorgang mit den Wärmetauscherrohren verbunden, wobei ein Aluminiumlegierungslötfüllstoff, der sehr häufig aus einer Legierung der Serie AA4xxx gefertigt ist, eingesetzt wird. Der Lötfüllstoff ist typischerweise auf der Außenfläche des Wärmetauscherrohres vorhanden, wobei aber auch die Verwendung einer plattierten Rippenkonfiguration allein zum Einsatz kommt.
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Die am häufigsten verwendeten Lötverfahren, die im industriellen Maßstab verwendet werden, sind Vakuumlöten und Löten in kontrollierter Atmosphäre unter Verwendung eines salzbasierten Lötflussmaterials.
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Vakuumlöten wird bei einem relativ niedrigen Atmosphärendruck in der Größenordnung von etwa 1 × 10–5 mbar oder weniger durchgeführt und ist ein im Wesentlichen diskontinuierliches Verfahren und stellt an die Materialreinheit hohe Anforderungen. Um die optimalen Bedingungen zu erhalten, damit eine Verbindung erfolgt, enthalten Aluminiumlegierungen, die üblicherweise zum Vakuumlöten verwendet werden, zweckgerichtete Zusätze von Mg von 1% oder mehr. Mg zerstört den harten Oxidfilm der Füllstofflegierung, wenn es während des Lötens vom Lotblech verdampft, und weiterhin spielt das verdampfte Mg die Rolle als Fänger (Adsorber), der Sauerstoff und Feuchtigkeit, die im Lötofen verbleiben, entfernt. Im Ofen ist immer mehr Magnesium vorhanden als notwendig. Der Magnesiumüberschuss kondensiert auf den kalten Teilen im Vakuumofen und muss häufig entfernt werden. Die finanziellen Investitionen für eine entsprechende Anlage sind relativ hoch.
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NOCOLOKTM(eingetragene Marke von Alcan)-Flusslöten wird als das Hauptlötverfahren zum Löten von Kraftfahrzeug-Wärmetauschern von vielen Wärmetauscher-Herstellern verwendet. Die größten Probleme, die bei dem NOCOLOK-Verfahren auftreten, sind die Flussmittelkosten, die Flussmittel-Handhabung und der Schaden, den das Flussmittel an den Öfen anrichtet. Auch wird in komplex geformten Aufbauten das Aufbringen des nicht korrosiven Lötflussmittels vor dem Löten im Inneren der Aufbauten oft als sehr schwierig und problematisch betrachtet. Folglich versuchen die meisten Hersteller von Wärmetauschern den Flussmittelverbrauch zu reduzieren.
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Die Technik des Aluminiumlegierungswärmeableitrippenmaterials für die gelöteten Wärmeaustauscher bietet Raum für Verbesserungen und für Verfahren zur Herstellung solcher gelöteten Wärmetauscher, insbesondere für Lötverfahren, die nicht die Anwendung eines Lötflussmaterials erfordern.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Aluminiumlegierungswärmeableitrippenmaterial für gelötete Wärmeaustauscher zur Verwendung insbesondere für Lötverfahren, die nicht die Anwendung eines Lötflussmittels erfordern, bereitzustellen.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung, und das Bereitstellen eines Wärmeableitrippen-Materials aus einer Aluminiumlegierung der Serie 3xxx und umfassend mindestens etwa 0,5% bis etwa 2,0% Mn, und weiterhin umfassend eine zweckgerichtete Zugabe von einem oder mehreren benetzenden Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bi 0,03% bis 0,5%, Pb 0,03% bis 0,5%, Sb 0,03% bis 0,5%, Li 0,03% bis 0,5%, Se 0,03% bis 0,5%, Y 0,03% bis 0,05%, Th 0,03% bis 0,05%, und wobei die Summe dieser Elemente 0,5% oder weniger ist, wobei der Rest Aluminium und hinnehmbare Verunreinigungen umfasst, erfüllt oder übertroffen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass die Erfindung die Herstellung von Lötaufbauten ermöglicht, in die Aluminium-Werkstücke eingearbeitet sind, darunter die Aluminiumlegierungslamellen, und wobei es keiner Bereitstellung eines Lötflussmaterials, wie ein Fluorid-Flussmittel, in einem Lötverfahren unter kontrollierter Atmosphäre bedarf. Während des Lötzyklus diffundiert das Benetzungsmittel in die geschmolzene Aluminiumfüllstofflegierung, die verwendet wird, um das Wärmeableitrippen-Material mit den anderen Komponenten zu verlöten, wobei das Benetzungsmittel eine gute Fließfähigkeit der geschmolzen Füllstofflegierung ermöglicht, derart, dass eine gute Überlappungsbildung auch ohne die Verwendung eines Flussmittelmaterials erhalten wird.
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Die benetzenden Elemente sind aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Bi, Pb, Li, Sb, Se, Y, und Th, wobei die Gesamtmenge von allen benetzenden Element(en) in einem Bereich von etwa 0,01% bis 0,5% liegt. Vorzugsweise übersteigt die Gesamtmenge aller benetzenden Element(e) 0,40% nicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Element Bi aus dieser Gruppe von benetzenden Elementen ausgewählt und liegt im Bereich von etwa 0,03% bis 0,5%, und vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,03% bis 0,35%, und eine stärker bevorzugte Obergrenze ist 0,30%, als besonders wirksames benetzendes Element für diesen Zweck in dem Wärmeableitrippen-Material während eines Lötvorgangs in kontrollierter Atmosphäre ohne Anwendung eines Lötflussmittelmaterials. Typischerweise betragen die Bi-Konzentrationen etwa 0,1% oder etwa 0,2%.
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Mn ist das wichtigste Legierungselement in dem Wärmeableitrippen-Material und trägt sowohl zur Partikelverstärkung als auch zur Mischkristallfestigkeitssteigerung bei. Der Mn-Gehalt sollte im Bereich von etwa 0,5% bis 2,0% liegen. Eine stärker bevorzugte Untergrenze für den Mn-Gehalt beträgt etwa 0,8%. Eine stärker bevorzugte Obergrenze für den Mn-Gehalt beträgt etwa 1,7%. Typische Mn-Konzentrationen sind etwa 1,4% oder etwa 1,1%.
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Si trägt sowohl zur Partikelverstärkung als auch zur Mischkristallfestigkeitssteigerung bei. Ein ungenügender Si-Gehalt, beispielsweise von weniger als etwa 0,3%, bewirkt weniger Festigung, während zu viel Si, beispielsweise mehr als etwa 2,5%, zu herabgesetzter Wärmeleitfähigkeit und einer verminderten Schmelztemperatur führt, die den Wärmetauscher während der Lötvorgänge in unerwünschter Weise beeinflussen. Eine bevorzugte Untergrenze für den Si-Gehalt ist etwa 0,5%. Die Obergrenze für den Si-Gehalt ist 1,5%, und vorzugsweise etwa 1,2%.
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Fe ist in allen bekannten Aluminiumlegierungen vorhanden. Mit einem zu hohen Fe-Gehalt nimmt unter anderem die Formbarkeit des Materials ab, und auch das Korrosionsverhalten verschlechtert sich. Am oberen Ende des zulässigen Bereichs von bis zu etwa 1,8% bildet das Eisen in der Legierung während des Gießens relativ kleine intermetallische Teilchen, insbesondere mittels kontinuierlicher Gießvorgänge, die zur Teilchenverstärkung beitragen. Der bevorzugte zulässige Fe-Gehalt beträgt jedoch bis zu maximal etwa 0,8% und stärker bevorzugt bis zu maximal etwa 0,5%. Ein praktischer Fe-Gehalt liegt im Bereich von etwa 0,15% bis 0,45% und lässt einen guten Kompromiss in den gewünschten Eigenschaften des Wärmeableitrippen-Materials, wie Nachlötfestigkeit und Durchbiegefestigkeit, zu, während das Wärmeableitrippen-Material, zumindest teilweise, unschwer aus Abfallmaterialien hergestellt werden kann.
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Das Wärmeableitrippen-Material kann relativ hohe Konzentrationen an Mn, Si und Fe aufweisen, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere wenn bei dem Herstellungsverfahren zur Erzeugung des Wärmeableitrippen-Materials während des Gießens hohe Verfestigungsgeschwindigkeiten angewandt werden, wie sie typischerweise durch kontinuierliches Gießen, wie Doppelwalzengießen, erhalten werden, können die relativ hohen Konzentrationen an Legierungselementen zum Einsatz kommen und führen zu einem Legierungsstreifen im Wesentlichen ohne grobe intermetallische Phasen. Werden kontinuierliche Gießtechniken angewandt, um Rohmaterial für das Wärmeableitrippen-Material zu erzeugen, können ganz eindeutig auch das untere und mittlere Ende des offenbarten Bereichs eingesetzt werden. Bei Gießverfahren, wie direkt gekühltes (direct chill, DC) Gießen von Brammen oder Knüppeln werden Verfestigungsgeschwindigkeiten bis zu etwa 100°C/sec erreicht und führen dazu, dass in der Industriepraxis die Fe-Konzentration im Allgemeinen etwa 0,8% nicht übersteigt, die Mn-Konzentration etwa 1,7% nicht übersteigt, und die Si-Konzentration etwa 1,3% nicht übersteigt, da ansonsten nachteilige grobe intermetallische Phasen erzeugt werden können, wie beispielsweise primär Fe-tragende intermetallische Phasen. Die genauen Si-, Fe- und Mn-Gehalte werden auf der Grundlage der Formbarkeits-, Festigkeits-, Korrosionsbeständigkeits- und Durchbiegefestigkeitsanforderungen der spezifischen Anwendung eingestellt.
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Das zugesetzte Mg erhöht die Nachlötfestigkeit der Wärmeableitrippen-Legierung signifikant, aber bei zu hohen Konzentrationen kann es das Risiko von einsetzendem Phasen-Schmelzen in dem Wärmeableitrippen-Material während des Lötvorgangs erhöhen. Der Mg-Gehalt kann bis zu 0,5%, und vorzugsweise bis zu 0,35% betragen. Wenn Bi aus der Gruppe von benetzenden Elementen eingesetzt wird, liegt der Mg-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,01 bis 0,35%, und stärker bevorzugt von etwa 0,01 bis 0,2%.
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Cu kann die Nachlötfestigkeit des Wärmeableitrippen-Materials erhöhen, allerdings kann es einen nachteiligen Einfluss auf das Korrosionspotential des Wärmeableitrippen-Materials ausüben. Cu kann bis etwa 0,4% hingenommen werden, dadurch wird der Vorteil der Toleranz dieser Wärmeableitrippen-Legierung gegenüber Verunreinigungselementen erreicht und ermöglicht, dass diese Legierung aus großen Mengen Abfallmaterial, wie entsorgte Wärmetauscher, besteht, ist aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Ein stärker bevorzugter Bereich für die Cu-Konzentration beträgt bis zu etwa 0,20%, als Kompromiss zur Erzielung von Nachlötfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit. Wenn die Korrosionsbeständigkeit als wichtigste Eigenschaft für die Verwendung des Wärmeableitrippen-Materials bei einer bestimmten Wärmetauscheranordnung überwiegt, wird der Cu-Gehalt vorzugsweise bei Konzentrationen unter etwa 0,05%, beispielsweise bei einer Konzentration von 0,01% oder 0,02% gehalten.
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Ti kann bis zu etwa 0,25% vorhanden sein, um als Kornverfeinerungsadditiv während des Gießens eines Rohlings der erfindungsgemäßen rippenartige Legierung zu wirken. Zusätzliches Ti kann zugesetzt werden, beispielsweise dadurch, dass es im Abfallmaterial vorhanden ist, um die Festigkeit der rippenartigen Legierung durch Löslichkeitshärten zu erhöhen. Die in der Legierung vorhandene Gesamtmenge an Ti sollte vorzugsweise etwa 0,20% nicht übersteigen, beträgt aber vorzugsweise weniger als etwa 0,10%.
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Das Element Zn beeinflusst das Korrosionspotential des Wärmeableitrippen-Materials. Durch Senkung des Korrosionspotentials der Wärmeableitrippen hat Zn den Effekt, dass die Lamellen als Opferanoden wirken und dadurch Korrosionsschutz für die Rohre des Wärmetauschers bereitstellen, an den sie gelötet sind. Zink hat eine nachweisbare, aber relative geringe Wirkung auf die Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Aus diesem Grund wird die minimale Menge an Zn, die für einen Kathodenschutz des Rohrs erforderlich ist, zugesetzt. In der Regel erfordert dies mindestens etwa 0,35% Zn. Mehr als etwa 1,5% Zn haben einen Einfluss auf die Eigenkorrosionsgeschwindigkeit. In einigen Fällen allerdings könnten höhere Zn-Gehalte von beispielsweise bis zu etwa 2,5% Zn auf Kosten der Wärmeleitfähigkeits- und Eigenkorrosionseigenschaften wünschenswert sein.
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Das Element Indium kann dem Wärmeableitrippen-Material in einem Bereich von bis zu etwa 0,20% zugesetzt werden, um ein elektronegativeres Korrosionspotential zu erreichen. In ist bei der Reduktion des Korrosionspotentials der rippenartigen Legierung im Vergleich zu Zinkzugaben weitaus wirksamer. Typischerweise sind etwa 0,1% In so wirksam wie etwa 2,5% Zn. Bei Zugabe als zweckgerichtetes Legierungselement beträgt ein stärker bevorzugter Bereich für In etwa 0,01% bis 0,10%, und stärker bevorzugt von 0,01% bis 0,04%. Auch Sn in einem Bereich von bis zu etwa 0,40% kann als eine Alternative für In zugesetzt werden.
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Zr kann der erfindungsgemäßen Legierung in einem Bereich von bis zu etwa 0,25% zugesetzt werden, um die Festigkeit des rippenartigen Legierungsprodukts im Nachlötzustand weiter zu verbessern. Weiterhin kann dieses Element als ein Verunreinigungselement hingenommen werden, ohne die gewünschten Eigenschaften der Legierung nachteilig zu beeinflussen. Eine stärker bevorzugte Zr-Konzentration liegt im Bereich von etwa 0,05% bis 0,20%, und stärker bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,06% bis 0,15%.
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V und Cr können dem Wärmeableitrippen-Material in einem Bereich von jeweils bis zu etwa 0,25% zugesetzt werden, um die Festigkeit der Legierung im Nachlötzustand weiter zu verbessern. Allerdings ist bekannt, dass Cr die Wärmeleitfähigkeit vermindert. Darum ist Cr vorzugsweise nicht vorhanden und wird unter etwa 0,05%, und starker bevorzugt unter etwa 0,03% gehalten. Auch der V-Gehalt wird vorzugsweise bei einer Konzentration unter etwa 0,03% gehalten.
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Vorzugsweise, sofern dem Wärmeableitrippen-Material zugesetzt, übersteigt die gesamte kombinierte Menge aller Dispersoid-bildenden Legierungselemente Zr, Cr und V 0,3% nicht, um die Bildung von groben Materie-Teilchen zu vermeiden.
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Es wurde gezeigt, dass Ni die Festigkeit ohne einen signifikanten nachteiligen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit fördert. Es ist allerdings bekannt, dass es einen negativen Einfluss auf die Eigenkorrosionseigenschaften der Lamelle nimmt. Es wird davon ausgegangen, dass bis zu etwa 0,3% in einigen Spezialfällen hingenommen werden könnten, allerdings sollte Ni im Allgemeinen bei weniger als etwa 0,05%, und vorzugsweise weniger als 0,03% gehalten werden.
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Das Wärmeableitrippen-Material ist vorzugsweise jeweils frei von den Elementen Na, Li, K, und Ca, um etwaige Interferenz mit Bi und etwaigem fakultativem Mg während des Lötvorgangs in kontrollierter Atmosphäre oder mit einem der anderen benetzenden Mittel zu vermeiden. Mit ”frei” ist gemeint, dass keine zweckgerichtete Zugabe von Na, Li, K, und Ca zu der chemischen Zusammensetzung vorgenommen wurde, aber dass auf Grund von Verunreinigungen und/oder Austritt aus dem Kontakt mit der Produktionsanlage, Spurenmengen von Na, Li, K, und Ca dennoch ihren Weg in das Füllstofflegierungsprodukt finden können. Beispielsweise sind weniger als 0,008% ein Beispiel für eine Spurenmenge.
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Der Rest besteht aus Aluminium und zufälligen Verunreinigungen und hinnehmbaren Verunreinigungen, die typischerweise jeweils bis zu maximal 0,05% und insgesamt maximal etwa 0,25% und vorzugsweise insgesamt 0,10% nicht übersteigen.
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In einer Ausführungsform des Wärmeableitrippen-Materials gemäß der Erfindung umfasst die Aluminiumlegierung,
| Mn | etwa 0,5% bis 2,0% |
| Si | etwa 0,3% bis 1,5% |
| Fe | bis zu etwa 1,8%, vorzugsweise 0 bis etwa 0,8%, |
| | beispielsweise etwa 0,2% oder etwa 0,3%, |
| Zn | bis zu etwa 2,5% |
| Mg | bis zu etwa 0,5%, vorzugsweise etwa 0,01% bis 0,35%, |
| Cu | bis zu etwa 0,4%, vorzugsweise bis zu etwa 0,20%, |
| Bi | etwa 0,03% bis 0,5%, vorzusweise etwa 003% bis 0,35%, |
gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe von (bis zu etwa 0,25% Zr, bis zu etwa 0,25% Cr, bis zu etwa 0,25% V, bis zu etwa 0,25% Ti, bis zu etwa 0,20% In, bis zu etwa 0,3% Ni) ausgewählt sind,
wobei der Rest Aluminium und hinnehmbare Verunreinigungen, vorzugsweise jeweils bis zu 0,05%, insgesamt maximal 0,25% umfasst.
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Und mit bevorzugten engeren Bereichen für die verschiedenen Legierungselemente, die wie hierin offenbart und beansprucht sind.
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In einer Ausführungsform des Wärmeableitrippen-Materials gemäß der Erfindung umfasst die Aluminiumlegierung,
| Mn | etwa 0,5% bis 2,0% |
| Si | etwa 0,3% bis 1,5% |
| Fe | bis zu etwa 1,8%, vorzugsweise bis zu etwa 0,8%, |
| | beispielsweise etwa 0,2% oder etwa 0,3%, |
| Zn | bis zu etwa 2,5% |
| Mg | bis zu etwa 0,5%, vorzugsweise etwa 0,01% bis 0,35%, |
| Cu | bis zu etwa 0,4%, vorzugsweise bis zu etwa 0,20%, |
| Zr | etwa 0,05% bis 0,25%, |
| Cr | bis zu etwa 0,25%, vorzugsweise bis zu etwa 0,05%, |
| Bi | etwa 0,03% bis 0,5%, vorzugsweise etwa 0,03% bis 0,35%, |
| Ti | bis zu etwa 0,25%, Beispielsweise etwa 0,03% oder etwa |
| | 0,09%, |
und wobei der Rest Aluminium und hinnehmbare Verunreinigungen, vorzugsweise jeweils bis zu 0,05%, insgesamt maximal 0,25% umfasst.
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Und mit bevorzugten engeren Bereichen für die verschiedenen Legierungselemente, die wie hierin offenbart und beansprucht sind.
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In einer Ausführungsform des Wärmeableitrippen-Materials gemäß der Erfindung die Aluminiumlegierung, die frei ist von Na, Li, K, und Ca, und bestehend aus,
| Mn | etwa 0,5% bis 2,0% |
| Si | etwa 0,3% bis 1,5% |
| Fe | bis zu etwa 1,8%, vorzugsweise bis zu etwa 0,8%, |
| | Beispielsweise etwa 0,2% oder etwa 0,35%, |
| Zn | bis zu etwa 2,5% |
| Mg | bis zu etwa 0,5%, vorzugsweise etwa 0,01% bis 0,35%, |
| Cu | bis zu etwa 0,4%, vorzugsweise bis zu etwa 0,20%, |
| Zr | etwa 0,05% bis 0,25%, |
| Cr | bis zu etwa 0,05%, |
| Bi | etwa 0,03% bis 0,5%, vorzugsweise etwa 0,03% bis 0,35%, |
| Ti | bis zu etwa 0,25%, |
und wobei der Rest Aluminium und hinnehmbare Verunreinigungen, jeweils bis zu 0,05%, insgesamt maximal 0,25% umfasst.
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Und mit bevorzugten engeren Bereichen für die verschiedenen Legierungselemente, die wie hierin offenbart und beansprucht sind.
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Um zu ermöglichen, dass die benetzenden Element(e), die in dem Wärmeableitrippen-Material vorhanden sind, damit es seine Funktion in einem CAB-Zyklus ohne die Verwendung eines Lötflussmittelmaterials ausübt, ist es wichtig, dass das benetzende Element während eines Lötzyklus zur Außenfläche des Wärmeableitrippen-Materials diffundieren kann. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass das Wärmeableitrippen-Material in blanker Form bereitgestellt ist, also ohne etwaige metallische Schichten, wie beispielsweise eine Lötplattierschicht der Serie 4xxx, auf seiner Außenfläche, die die Funktionalität der benetzenden Element(e) beeinträchtigen oder einschränken kann.
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Bei der Enddicke ist das Wärmeableitrippen-Material typischerweise bei einer Dicke im Bereich von etwa 0,05 mm bis 0,3 mm vorhanden. Eine stärker bevorzugte Obergrenze für die Dicke ist etwa 0,15 mm.
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Das Wärmeableitrippen-Material ist typischerweise, aber nicht ausschließlich, in einem H1x oder H2x-Zustand, wie beispielsweise der H14- und H22-Zustand bereitgestellt.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung ist bei einem Lötaufbau typischerweise ein das Wärmeableitrippen-Material der Erfindung umfassender Wärmeaustauscher vorgesehen. In einem solchen Wärmetauscher mit dem Wärmeableitrippen-Material der Erfindung als gewellte Lamellen können die Lamellen als eine Opferanode wirken. Der gelötete Wärmetauscher umfasst typischerweise mindestens eine Reservoir, das zum Halten eines Kühlmittels strukturiert ist, eine Kopfplatte, die mit dem mindestens einen Reservoir gekoppelt ist, wobei die Kopfplatte eine Vielzahl von Öffnungen einschließt; eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Fluid-tragenden Rohren, die jeweils im Wesentlichen senkrecht zu einer der Vielzahl von Öffnungen in der Kopfplatte verlaufen und strukturiert sind, um das Kühlmittel hindurch aufzunehmen; und eine Vielzahl von Lamellen, wobei die Lamellen mit der Vielzahl von Fluid-tragenden Rohren in einem Wärmeaustausch stehen und strukturiert sind, um Wärme davon abzuführen, um das Kühlmittel zu kühlen, wenn es darin zirkuliert, wobei die Vielzahl von Lamellen aus dem Wärmeableitrippen-Material, wie hierin offenbart und beansprucht, hergestellt ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, eines durch Löten zusammengefügten Wärmetauschers, oder einen Aufbau von Lötkomponenten, umfassend die folgenden Schritte:
- (a) Bereitstellen oder Bilden der miteinander zu verlötenden Komponenten wovon mindestens eine aus dem Wärmeableitrippen-Material gemäß der Erfindung hergestellt ist;
- (b) Zusammenfügen der Komponenten, des gewellten Wärmeableitrippen-Materials und anderer Komponenten, wie Rohre, zu einem Aufbau;
- (c) Löten des Aufbaus ohne Anwendung eines Lötflussmittels auf den Aufbau von Komponenten, und Löten des gesamten Aufbaus in einer kontrollierten inerten Gasatmosphäre bei einer Löttemperatur, typischerweise bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 540°C bis 615°C, z. B. etwa 600°C oder etwa 590°C, für einen Zeitraum, der zum Schmelzen und Ausbreiten eines Lötmaterials, das die verschiedenen Komponenten zusammenfügt, lang genug ist, z. B. eine Verweilzeit von 2 bis 5 Minuten, typischerweise um die 2 oder 3 Minuten; und wobei der Sauerstoffgehalt in der Lötatmosphäre typischerweise so gering wie gerade möglich, und vorzugsweise unter etwa 200 ppm, und stärker bevorzugt unter etwa 100 ppm, beispielsweise bei 15 ppm oder weniger sein sollte;
- (d) Abkühlen des Lötaufbaus, typischerweise bis unter etwa 100°C, z. B. auf Umgebungstemperatur.
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Für die Zwecke dieser Erfindung, und wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ”Löten in kontrollierter Atmosphäre” oder ”CAB” auf ein Lötverfahren, das eine Inertatmosphäre, beispielsweise Stickstoff, Argon, oder Helium, beim Löten von Aluminiumlegierungsgegenständen verwendet, und sich von Vakuumlöten insbesondere insofern unterscheidet, als mit CAB die Lötatmosphäre in dem Ofen während des Lötvorgangs bei etwa normalem Atmosphärendruck liegt, obwohl ein leichter Unterdruck (beispielsweise Arbeiten bei einem Druck von etwa 0,1 bar oder mehr) oder ein leichter Überdruck verwendet werden kann, um die Kontrolle der inerten Gasatmosphäre zu erleichtern und um einen Einstrom von Sauerstoffenthaltendem Gas in den Lötofen zu verhindern.
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1 ist eine isometrische Ansicht eines Teils eines gelöteten Wärmetauschers.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst ein gelöteter Aluminium-Wärmetauscher 2 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Fluid-tragenden Rohren 6. Die Enden der Fluid-tragenden Rohre 6 sind bis zu einer Kopfplatte 8 und einem Reservoir 10 (in 1 sind ein Ende der Fluid-tragenden Rohre 6, eine Kopfplatte 8 und ein Reservoir 10 gezeigt) offen. Aus Reservoir 10 wird Kühlmittel durch die Fluid-tragenden Rohre 6 und in ein weiteres Reservoir (nicht gezeigt) geleitet. Wie gezeigt, ist eine Vielzahl von aus dem Wärmeableitrippen-Material gemäß der Erfindung hergestellten Kühllamellen 4 zwischen den Fluid-tragenden Rohren 6 angeordnet, um Wärme davon abzuführen, wodurch ein Wärmeaustausch, der das Fluid darin kühlt, erleichtert wird.
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Obgleich verschiedene Ausführungsformen der hierin geschilderten Technologie ausführlich beschrieben wurden, ist es klar, dass in der Fachwelt Änderungen und Anpassungen dieser Ausführungsformen auftreten. Allerdings versteht es sich von selbst, dass solche Modifikationen und Anpassungen im Geist und Umfang der vorliegenden offenbarten Technologie liegen.
