DE1452883C

DE1452883C - Process for the production of radiator bundles from aluminum

Info

Publication number: DE1452883C
Authority: DE
Inventors: Maxime Louis Chatou Seine Et Oise Jentet (Frankreich)
Original assignee: Societe Anonyme des Usines Chausson, Asnieres, Seine (Frankreich)
Publication date: 1972-06-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kühlerbündeln aus Aluminium, bei dem identische Hohlkörper mit zwei einander gegenüberliegenden ebenen Wänden in einer Einspannvorrichtung Wand an Wand aneinandergcdrückt werden und durch Erwärmung auf Löttemperatur unter Einwirkung eines Flußmittels miteinander verlötet, anschließend gewaschen und aufgebohrt werden sowie auf eine Druckbegrenzungseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for producing radiator bundles made of aluminum, in which identical hollow bodies with two flat walls opposite one another in a jig Wall to wall are pressed together and by heating to soldering temperature under the action a flux soldered together, then washed and drilled and on a pressure relief device to carry out this method.

Wärmetauscher und insbesondere Kühler für Wärmekraftmotoren bestehen bekanntlich aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Blechen und Rohren, welche heutzutage in sehr starkem Maße aus Aluminium gefertigt werden. Um die einzelnen, aus Aluminium bestehenden Bestandteile derartiger Wärmetauscher miteinander verlöten zu können, ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 959 343), auf den einzelnen Flächen eine Lotlegierung — beispielsweise aus Aluminiumsilizium — aufzubringen. Die Verlötung der einzelnen Bestandteile des Wärmetauschers kann dann wahlweise in einem Salzbad oder in einem Lötofen vorgenommen werden.Heat exchangers and in particular coolers for thermal engines are known to consist of one Large number of interconnected sheets and pipes, which nowadays to a very large extent Made of aluminum. To the individual, made of aluminum components of such To be able to solder heat exchangers together is already known (German patent specification 959 343) To apply a solder alloy - for example made of aluminum silicon - to the individual surfaces. the The individual components of the heat exchanger can then optionally be soldered in a salt bath or in a soldering furnace.

Es ist einleuchtend, daß eine gute Verlötung von derartigen, aus Aluminium gefertigten Wärmetauschern nur dann erfolgen kann, wenn die einzelnen Bleche während des Lötvorgangs gut aufeinander zur Auflage gebracht werden. Man verwendet somit in der Regel entweder mechanische oder pneumatische Spannvorrichtungen, um das Kühlerbündel ergebende Bleche während des Lötvorgangs gegeneinander zu drücken (deutsche Patentschrift 960 948).It is evident that a good soldering of such heat exchangers made of aluminum can only be done if the individual sheets of metal work well together during the soldering process be brought to circulation. As a rule, either mechanical or pneumatic ones are used Clamping devices, around the metal sheets resulting from the cooler bundle against each other during the soldering process to press (German Patent 960 948).

Um insbesondere bei Kühlern für Kraftfahrzeuge eine möglichst leichte Bauweise zu erreichen, besteht der Wunsch, möglichst dünne Aluminiumbleche mit Wandstärken in der Größenordnung von ³Ao mm zu verwenden. Derartig dünnwandige Aluminiumbleche sind jedoch relativ leicht verformbar, so daß mit den bisher bekannten Spannvorrichtungen ein gleichmäßiges Aufeinanderliegen der Aluminiumbleche nicht gewährleistet ist. Um trotzdem bei Verwendung dünner Aluminiumbleche ein dichtes Verlöten der einzelnen Teile des Wärmetauschers zu gewährleisten, mußten bisher relativ große Mengen von Flußmitteln verwendet werden, was jedoch zu ungewünschten Flußmittelablagerungen innerhalb des Wärmetauschers führte. Da derartige Flußmittelablagerungen innerhalb des Wärmetauschers nur schlecht ausgewaschen werden können, führen dieselben nämlich leicht zu Korrosionen und damit zu Undichtigkeitsstellen, durch welche der Wärmetauscher unbrauchbar gemacht wird.In order to achieve the lightest possible construction, particularly in the case of radiators for motor vehicles, there is a desire to use aluminum sheets as thin as possible with wall thicknesses of the order of magnitude of ³ mm. Such thin-walled aluminum sheets are, however, relatively easy to deform, so that the previously known clamping devices do not ensure that the aluminum sheets lie on top of one another evenly. In order to nevertheless ensure a tight soldering of the individual parts of the heat exchanger when using thin aluminum sheets, relatively large amounts of flux had to be used up to now, which however led to undesired flux deposits within the heat exchanger. Since such flux deposits can only be washed out poorly within the heat exchanger, they easily lead to corrosion and thus to leakage points, through which the heat exchanger is rendered unusable.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kühlerbündeln aus Aluminium zu schaffen, das ein gutes Aufeinanderliegen selbst sehr dünnwandiger Aluminiumbleche gewährleistet, so daß unter Verwendung geringer Mengen von Löt- und Flußmitteln ein gutes Verlöten der Kühlerbündel gewährleistet ist.It is therefore the object of the invention to provide a method for producing radiator bundles To create aluminum that even very thin-walled aluminum sheets can lie on top of one another guaranteed, so that good soldering can be achieved using small amounts of solder and flux the cooler bundle is guaranteed.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Hohlkörper vor Erwärmung auf Löttemperatur derart verschlossen werden, daß eine in ihnen befindliche Gasmenge sich bei Erwärmung auf Löttemperatur unter Druckanstieg so ausdehnt, daß eine gute Anlage der Hohlkörper an den Berührungsstellen beim Verlöten erreicht wird.According to the invention this is achieved in that the hollow body is heated to the soldering temperature be closed in such a way that an amount of gas contained in them is heated to soldering temperature expands under increasing pressure so that the hollow body rests well at the points of contact when soldering is achieved.

Um zu vermeiden, daß während des Verlötens auf Grund von zu hohem Druck Risse innerhalb des Kühlerbündels auftreten können, erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Druck in dem Hohlkörper begrenzt wird. Vorzugsweise erfolgt dabei die Begrenzung des Druckes innerhalb des Hohlkörpers durch Vorsehen eines Leckkanals. Ein derartiger Leckkanal kann beispielsweise durch leichtes Walzen der Wandungen des Blaskanals der im bekannten Roll-Bond-Verfahren gefertigten Hohlkörper hergestellt werden.In order to avoid cracks within the Cooler bundle can occur, it proves to be useful if the pressure in the hollow body is limited. The pressure is preferably limited within the hollow body by providing a leak channel. Such a leakage channel can be made, for example, by light rolling the walls of the blow duct made of the hollow body manufactured in the known roll-bond process will.

ίο Während des Zusammensetzen der Hohlkörper werden vorzugsweise zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Hohlkörpern Zwischenfolien '-eingelegt, welche unter Ausweitung der einzelnen Hohlkörper die Ausdehnung der eingeschlossenen Gasmenge gegen die Wandungen der anliegenden Hohlkörper gepreßt werden.ίο While assembling the hollow body intermediate foils are preferably inserted between successive hollow bodies, which, with expansion of the individual hollow bodies, the expansion of the enclosed amount of gas be pressed against the walls of the adjacent hollow body.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.The invention is described below using an exemplary embodiment.

Fig. 1 ist eine von der Seite gesehene Teilansicht eines Umlaufelementes eines erf indungsgemäßen Kühlers; Fig. 1 is a partial view seen from the side a circulation element of a cooler according to the invention;

Fig. 2 ist eine geschnittene Teilansicht eines Elementes der in Fig. 1 dargestellten Art, welches einen charakteristischen Arbeitsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;Figure 2 is a partial cross-sectional view of an element the type shown in Fig. 1, which is a characteristic step of the invention Procedure shows;

Fig. 3 ist eine einen anderen Arbeitsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigende schematische Seitenansicht; .Fig. 3 is a schematic showing another working step of the method according to the invention Side view; .

Fig. 4 ist eine der Schnittansicht der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht, welche einen späteren Arbeitsgang des Verfahrens zeigt.FIG. 4 is a sectional view corresponding to FIG. 2 Sectional view showing a later stage of the process.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Herstellung von Kühlern und anderen ähnlichen' Wärmeaustauschern Elemente der in Fig. 1 dargestellten Art benutzt, welche in an sich bekannter Weise vorzugsweise durch das sogenannte Roll-Bond-Verfahren hergestellt werden. Diese Elemente werden durch zwei Aluminiumplatten gebildet, wobei auf wenigstens einer von ihnen mittels einer, entsprefchenden Farbe ein Linienzug aufgezeichnet wird, welcher dem herzustellenden Strömungskreis entspricht. Hierauf werden die beiden Platten zusammengewalzt, wodurch sie auf ihrem ganzen nicht von der Farbe bedeckten Teil zusammengeschmiedet werden, worauf in einer entsprechenden Matrize ein Aufblasen vorgenommen wird, welches darin besteht, ein Druckgas, z. B, Luft, zwischen die beiden zusammengeschmiedeten Platten einzublasen.According to the method according to the invention for the production of coolers and other similar ' Heat exchangers elements of the type shown in Fig. 1 used, which in per se known Way are preferably produced by the so-called roll-bond process. These elements are formed by two aluminum plates, with at least one of them by means of a corresponding A line is drawn in color, which corresponds to the flow circle to be created. On that the two plates are rolled together so that they are not covered by the paint on their whole Part are forged together, whereupon an inflation made in a corresponding die is, which consists in using a pressurized gas, e.g. B, air, forged between the two Blown plates.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, erhält man ein Element 1, welches zwei Sammelkammern 2, 3 abgrenzt, welche miteinander durch flache Kanäle 4 verbunden sind, von welchen bei dem dargestellten Beispiel drei vorhanden sind. 5 bezeichnet den Blaskanal zur Einführung des Druckgases für den Aufblasvorgang. As shown in FIGS. 1 and 2, an element 1 is obtained which delimits two collecting chambers 2, 3, which are connected to each other by shallow channels 4, of which in the one shown Example three exist. 5 denotes the blow channel for introducing the compressed gas for the inflation process.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches zur Herstellung der Kühler Elemente der oben beschriebenen Art .benutzt, besteht ein erster Arbeitsgang darin, den Blaskanal 5 dadurch zu verschließen, daß die Elemente 1 bei 6 zusammengeschweißt, zusammengewaltzt oder verklammert werden. Das Innenvolumen eines jeden Elementes ist dann vollständig geschlossen und dicht. Beim Aufblasen der Elemente 1 wird eine Matrize benutzt, welche bewirkt, daß die die Sammelkammern 2 und 3 bildenden Teile beiderseits der Elemente 1 ebene Flächen 7 aufweisen.According to the method according to the invention, which for the production of the cooler elements of the above described type .used, a first step is to close the blow channel 5 by, that the elements 1 are welded together, rolled or clamped together at 6. The The internal volume of each element is then completely closed and tight. When inflating the Elements 1 a die is used, which causes the collecting chambers 2 and 3 to form Parts on both sides of the elements 1 have flat surfaces 7.

Gemäß einem weiteren Kennzeichen der ErfindungAccording to a further characteristic of the invention

werden die Elemente! aus Aluminium hergestellt, und die Außenseite der die Elemente 1 bildenden Platten ist mit einer Plattierung überzogen, welche vorzugsweise durch eine Aluminium-Siliziumlegierung gebildet wird,, doch können auch andere Legierungen verwendet werden. Das Wesentliche ist, daß die auf plattierte Legierung einen Schmelzpunkt hat, welcher niedriger als der des diese Platten bildenden Metalls ist.become the elements! made of aluminum, and the outside of the elements 1 forming Plates are covered with a plating, which is preferably an aluminum-silicon alloy is formed, but other alloys can be used. The point is that the alloy clad on has a melting point lower than that of the constituent of these plates Metal is.

Ein anderer Arbeitsgang des Verfahrens besteht darin, die vorbereiteten Elemente 1 zur Bildung eines Bündels in der in F i g. 2 bis 4 dargestellten Weise zu vereinigen, wobei sich die ebenen Abschnitte 7 der verschiedenen' Elemente gegeneinander legen. Bei Bildung des Bündels werden zwischen die Elemente eine oder mehrere Zwischenfolien 8 gelegt, welche beliebige gewünschte Formen haben können und sich an den die Umlaüfkanäle 4 abgrenzenden Abschnitte der Elemente abstützen.Another step in the process is to use the prepared elements 1 to form a Bundle in the in F i g. 2 to 4 shown way unite, the flat sections 7 of the various' elements lying against each other. at Forming the bundle, one or more intermediate films 8 are placed between the elements, whatever can have desired shapes and are attached to the sections delimiting the circulation channels 4 of the elements.

Wenn dies gewünscht wird, dann das Ende der Folien 8 eben sein und zwischen den ebenen Abschnitten 7 der Elemente 1 gefaßt werden.
.1 In einem weiteren Arbeitsschritt des VerfahrensIf this is desired, then the end of the foils 8 can be flat and gripped between the flat sections 7 of the elements 1.
.1 In a further step of the procedure

wird das in der ,obigen Weise gebildete Bündel in einer schematisch in F i g. 3 dargestellten Anordnung eingespannt. Diese enthält zwei Platten 9 und 10, welche durch Klemmelemente 11 und 12 gehaltene Klemmbacken bilden. Die so gebildete Anordnung wird dann, wie in Fig. 3 dargestellt, in ein Flußmittelbad getaucht, welches auf eine geeignete Temperatur gebracht ist, um das Schmelzen der die Elemente 1 überziehenden Plattierungsschicht zu bewirken. Da die Elemente 1 dicht geschlossen sind und das Bad, in welches-sie getaucht sind, eine Temperatur von größenordnungsmäßig 600° C hat, wird die in den Elementen eingeschlossene Luft auf eine hohe Temperatur gebracht, so daß ein verhältnismäßig hoher Druck innerhalb der Elemente entsteht. Da die Wand der Elemente dünn ist, größenordnungsmäßig ³/io mm, sucht der in den Kanälen herrschende Druck die Wand etwas zu verformen und drückt jedenfalls die Wand der aufeinanderfolgenden Elemente kräftig gegen die Zwischenfolien 8. Man erhält \ daher eine ausgezeichnete Hartlötung zwischen den ^J Zwischenfolien und den Elementen 1. Das Gleiche gilt hinsichtlich der miteinander in Berührung stehenden Abschnitte der Elemente 1, d. h. ihrer ebenen Abschnitte 7, welche durch den innerhalb der Sammelkammern 2, 3 entwickelten Druck gegeneinandergedrückt werden.the bundle formed in the above manner is shown in a schematic manner in FIG. 3 clamped arrangement shown. This contains two plates 9 and 10, which form clamping jaws held by clamping elements 11 and 12. The assembly thus formed is then, as shown in Fig. 3, immersed in a flux bath which is brought to a suitable temperature to cause the cladding layer covering the elements 1 to melt. Since the elements 1 are tightly closed and the bath in which they are immersed has a temperature of the order of 600 ° C., the air enclosed in the elements is brought to a high temperature, so that a relatively high pressure is created within the elements . Since the wall elements is thin, on the order of ³ / io mm, the pressure prevailing in the channels pressure tends to deform the wall slightly, and therefore presses at least the wall of the successive elements firmly against the intermediate sheets 8. This gives \ excellent brazing between the ^J Intermediate foils and the elements 1. The same applies with regard to the sections of the elements 1 which are in contact with one another, ie their flat sections 7, which are pressed against one another by the pressure developed within the collecting chambers 2, 3.

Nachdem das Bündel während einer genügenden Zeit in dem,,Flußmittelbad gehalten wurde, welche größenordnungsmäßig einige Minuten beträgt, wird es aus dem Bad herausgezogen und hierauf gekühlt, wobei es immer noch in der schematisch in F i g. 3 dargestellten Anordnung gehalten wird.After the bundle has been kept in the flux bath for a sufficient time, which is on the order of a few minutes, it is pulled out of the bath and then cooled, where it is still in the schematic in FIG. 3 is held arrangement shown.

Es hat sich gezeigt, daß die Erstarrung und Erhärtung der hergestellten Hartlötung erheblich vor der Kühlung der in den Elementen 1 befindlichen unter Druck stehenden Luft erfolgen, so daß die hartzulötenden Teile während der ganzen gewünschten Zeit zusammengepreßt gehalten werden.It has been shown that the solidification and hardening the produced brazing well before the cooling in the elements 1 pressurized air take place so that the parts to be brazed during the whole desired Time to be kept compressed.

In einem weiteren Arbeitsgang, welcher nach der vollständigen oder nur teilweisen Abkühlung des Bündels vorgenommen wird, werden die Sammelkammern 2, 3 ausgeschnitten, was mittels verschiedener bekannter Verfahren erfolgen kann. Es hat sich insbesondere gezeigt, daß infolge der geringen Wandstärke der Elemente 1 ein derartiges Ausschneiden insbesondere mit Hilfe von Laserstrahlen und auch zweckmäßig durch Elektroerosion erfolgen kann, obwohl auch übliche Bearbeitungsverfahren benutztIn a further operation, which after the complete or only partial cooling of the Bundle is made, the collecting chambers 2, 3 are cut out, what by means of different known methods can be done. It has been shown in particular that due to the small wall thickness of the elements 1 such a cutting out in particular with the aid of laser beams and also can expediently be done by electrical discharge machining, although conventional machining methods are also used

■.5 werden können. Es ist jedoch wesentlich, daß nur Verfahren benutzt werden, bei welchen keine Gefahr besteht, daß Metallspäne in die Umlaufrohre 4 fallen.■ .5 can be. It is essential, however, that only methods are used which do not involve any danger is that metal chips fall into the circulation pipes 4.

Es ist zu bemerken, daß das obige Verfahren nicht nur eine Garantie für die richtige Ausführung derIt should be noted that the above procedure is not only a guarantee of correct execution of the

ίο Hartlötung infolge des Aufblasens der Elemente während des Hartlötungsvorgangs bietet, sondern daß auch das zur Ausführung der Hartlötung dienende Flußmittel nicht in das Innere der den Kühler bildenden Elemente eintreten kann; so daß die langen schwierigen Spülvorgänge fortfallen können, welche erforderlich sind, wenn die Hartlötung im Flußmittelbad vorgenommen wird. Es müssen nämlich nach der Hartlötung nur die Außenwände gewaschen werden, was natürlich vor dem Ausschneiden erfolgt, dieser Vorgang ist jedoch nicht schwierig, da die Bündel ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen in die Waschbäder getaucht und hierauf gegebenenfalls an Spritzrohren zum Aufspritzen von Waschprodukten vorbeigeführt werden können. ^₁,,....ίο offers brazing as a result of the elements being inflated during the brazing process, but also that the flux used to carry out the brazing cannot enter the interior of the elements forming the cooler; thus eliminating the long, difficult flushing operations required when brazing in the flux bath. After brazing, only the outer walls have to be washed, which of course takes place before cutting, but this process is not difficult, since the bundles can be dipped into the washing baths without special precautions and then, if necessary, guided past spray pipes for spraying washing products. ^ ₁ ,, ....

Oben war angenommen, daß die eigentliche Hartlötung durch Eintauchen des Bündels in ein geschmolzenes Flußmittelbad erfolgt. Das Verfahren kann jedoch auch unter Benutzung beliebiger anderer typischen Hartlötungsverfahren in der gleichen Weise ausgeübt werden. So kann insbesondere das Flußmittel in einem flüssigen oder breiigen Träger suspendiert werden, welcher auf die'ganze Außenfläche des Bündels oder einen Teil desselben durch Eintauchen, Aufspritzen oder ein anderes Auftragmittel aufgebracht wird, worauf das in;>der obigen Weise vorbereitete Bündel einer Erwärmung im Ofen ausgesetzt wird, welche es auf die,Hartlötungstemperatur bringt, worauf die gleichen Vorgänge wie oben er-■ läutert vorgenommen werden.Above it was assumed that the actual brazing was done by dipping the bundle into a molten one Flux bath takes place. However, the method can also be performed using any other typical Brazing processes can be practiced in the same way. In particular, the flux be suspended in a liquid or pasty carrier, which on the whole outer surface of the bundle or part of it by dipping, spraying or some other application means is applied, whereupon the bundle prepared in the above manner is subjected to heating in the oven which brings it to the brazing temperature, whereupon the same processes as above take place purifies are made.

In ähnlicher Weise wie oben beschrieben, können gemäß des sogenannten Roll-Bond-Verfahrens hohle Elemente 1 aus Aluminium gebildet werden, welche durch Kanäle 4 verbundene Sammelkammern 2 und 3 abgrenzen.In a manner similar to that described above, according to the so-called roll bond method, hollow Elements 1 are formed from aluminum, which collecting chambers 2 and 3 delimit.

Der erste Herstellungsvorgang besteht darin, den größten Teil des Blaskanals 5 zu verschließen, was durch ein leichtes Walzen des Randes des diesen Kanal aufweisenden Elementes 1 erfolgen kann. Der Kanal 5 darf nicht vollständig verschlossen werden, sondern es muß ein einen Leckkanal bildender kleiner Durchlaß offen gehalten werden, damit wenigstens ein Teil der in den Sammelkammern 2 und 3 und in den Kanälen 4 befindlichen Luft entweichen kann, wenn die Elemente 1 den weiteren Arbeitsgangen unterworfen werden, weiche darin bestehen, sie in der oben beschriebenen Weise miteinander zu vereinigen und hierauf z. B. in einem geschmolzenen Bad von Hartlötungssalzen oder in einem Ofen zur Vornahme ihrer Hartlötung zu erwärmen.The first manufacturing process is to close most of the blow channel 5, what can be done by gently rolling the edge of the element 1 having this channel. the Channel 5 must not be completely closed, but a smaller one that forms a leakage channel Passage are kept open so that at least a part of the in the collecting chambers 2 and 3 and air located in the ducts 4 can escape when the elements 1 carry out further operations are subjected, which consist in applying them to one another in the manner described above unite and then z. B. in a molten bath of brazing salts or in an oven Making their brazing to heat.

Durch diesen offen gebliebenen Kanal, welcher vorzugsweise ein Kapillarkanal ist, wird vermieden, daß ein zu großer Druck in den Elementen 1 während ihrer Erwärmung auftritt, da die Luft während der ganzen die Hartlötung erzeugenden Erwärmungszeit allmählich entweicht. Ferner verhindert die Feinheit des offen gebliebenen Kanals infolge der Viskosität der geschmolzenen Salze und des in den Elementen bestehen bleibenden Drucks, daß die ge-This channel, which has remained open, which is preferably a capillary channel, avoids that too great a pressure occurs in the elements 1 during their heating, since the air during gradually escapes all of the heating time producing the braze. Furthermore, the The fineness of the channel left open due to the viscosity of the molten salts and that in the Elements are under constant pressure that the

schmolzenen Salze in das Innere der Elemente 1 eintreten können.molten salts can enter the interior of the elements 1.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of radiator bundles from aluminum, in which identical hollow bodies with two opposite, flat walls in a jig Wall to wall are pressed together and by heating to soldering temperature under the action a flux soldered together, then washed and drilled open, characterized in that the hollow body before heating to soldering temperature in such a way be closed so that an amount of gas located in them is when heated to soldering temperature expands under increasing pressure so that the hollow body rests well at the points of contact when soldering is achieved.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure in the hollow body is limited.

3. Pressure limiting device for performing the method according to claim 2, characterized characterized in that a leakage channel is formed in the hollow body.

4. A method for producing the leak channel according to claim 3, characterized in that the leak channel by gently rolling the walls of the blow channel (5) in the so-called known Roll-bond process manufactured hollow body is produced.

5. Method according to one of the preceding Claims, characterized in that in a manner known per se during assembly the hollow body (1) between each successive hollow body intermediate foils (8) are inserted so that they are through the expansion of the individual hollow body, which through the gas that expands in them when heated to soldering temperature is produced against the walls of these hollow bodies are pressed.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings