DE1552066C3 - Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern, welche aus'gefalzten, abgeflachten Rohren bestehen, deren Falz an einer Schmalseite des Rohres liegt, und welche in mit Abstand zueinander in Sammelplatten angeordnete Ausnehmungen, die dem Querschnitt der gefalzten Rohre entsprechen, eingeführt und mit den Sammelplatten verlötet werden. Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der USA.-Patentschrift 3 067 994 beschrieben ist.

Bei der Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere in Form von Kühlern, ist es. allgemein üblich, gefalzte Rohre aus Metallbändern mit Falzwerkzeugen herzustellen, wobei die Ränder zuerst umgebogen, dann zusammengebracht und schließlich gefalzt werden.

Im allgemeinen sind die Rohre flach und besitzen sehr dünne Wände. Der Falz nimmt dabei die ganze Breite einer der schmäleren Rohrwände ein. Für die richtige Ausbildung des Falzes ist es notwendig, die Falzverbindung flach auszuführen, da es fast unmöglich ist, im Falle abgerundeter Falze eine saubere Ausbildung der Falze zu erzielen, weil die Falzung mittels eines im Rohr befindlichen und darin gleichmäßig vorrückenden Domes durchgeführt wird. Würde der Dorn eine abgerundete Form besitzen, so würden während des Falzvorganges unsymmetrische Spannungen auftreten, die bestrebt sind, den Falz zu öffnen.

Bisher war es daher bei der Herstellung solcher Wärmetauscher aus Kupfer oder Messing nur möglich, Rohre mit flachem Falz zu verwenden, wobei die Sammelplatten, in deren Ausnehmungen die Rohre eingeführt werden, mit einem Kragen versehen waren, um das Lötzinn festzuhalten, welches den frei bleibenden Raum zwischen Rohrwand und Kragenwand der Sammelplatte auszufüllen hatte. Gleichzeitig füllte das Zinn leicht den zwischen dem Fuß des Falzes und der Rohrwand befindlichen Zwischenraum aus.

Diese in der gegenwärigen Technik allgemein verwendete Lösung war einerseits deshalb notwendig, Weil die Zinnlötung nur eine geringe mechanische. Festigkeit aufweist, andererseits war sie insofern vorteilhaft, als für die Lötung relativ große Flächen, wie diejenigen der an den Sammelplatten gebildeten Kragen, zur Verfugung standen. Auf diese Weise besaßen die so miteinander verbundenen Teile eine gute mechanische Festigkeit.

Diese Technik hat sich jedoch als unbefriedigend und weitgehend unbrauchbar erwiesen bei der Herstellung von Wärmetauschern aus Rohren und Sammelplatten aus Aluminium. Zwar kennt die Technik zahlreiche Wege zum Löten bzw. Schweißen unter anderem auch von Aluminium, sogar sehr dünnwandiger Teile desselben. Insbesondere ist es bekannt, Aluminiumteile zu verlöten, die einen Überzug aus einer Aluminiumlegierung mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise einer Aluminium-Silizium-Legierung, besitzen.

Es wurde jedoch festgestellt, daß die Technik, gefalzte Rohre und Sammelplatten herzustellen, in welche die gefalzten Rohre dann eingesetzt werden, dann nicht anwendbar ist, wenn diese Teile aus Aluminium bestehen. Während nämlich die zum Verlöten von Kupfer-, Messing- oder Stahlteilen erforderliehe Zinnmenge zur Erreichung einer guten mechanischen Festigkeit der Verbindung gering ist, wird eine vergleichsweise große Menge Lot benötigt, wenn dieselben Teile aus Aluminium bestehen, da das Benetzungsvermögen einer Aluminium-Silizium-Legierung sehr hoch ist und folglich während des Schmetzens des Überzuges eine kapillare Durchdringung der beiden miteinander zu verbindenden Teile durch das Lot bewirkt. Das Fileßvermögen einer solchen Aluminium-Silizium-Lötung ist erheblich größer als dasjenige der gewöhnlichen Zinnlötung, und eine Aluminium-Silizium-Lötung ist daher nicht in der Lage, einen Zwischenraum von beispielsweise 0,5 mm Stärke zu verschließen, wie dies in einfacher

' "Weise durch eine Zinnlötung erreicht wird. Aus diesem Grunde ist es unmöglich, im Falle der Verwendung von Aluminiumteilen die erforderliche Abdichtung zwischen den Rohren und einer Sammelplatte zu erreichen.

Außerdem muß in Betracht gezogen werden, falls zwei mit einer Aluminium-Silizium-Legierung überzogene Aluminiumteile miteinander verbunden werden, beispielsweise wenn das Rohr in den Kragen eines Langloches der Sammelplatte eingesetzt ist, daß das Schmelzen des Überzuges den Zwischenraum zwischen der Rohrwand und der Kragenwand vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für eine Verlötung von Aluminiumteilen für Wärmetauscher erforderliche Anpassung der Teile zu. erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Möglichkeit, mit dem angegebenen Verfahren Rohre mit sehr genauen Abmessungen herzustellen, wobei durch den Prägevorgang die Breite und Tiefe des zwischen Falzfuß und Rohrwand auftretenden Zwischenraumes verringert wird, erlaubt die Herstellung von Aluminiumrohren, die an Sammelplatten angelötet bzw. angeschweißt werden können, wenn

bei den zur Anwendung kommenden Sammelplatten die Kragen wegfallen, die bei den herkömmlichen Sammelplatten dazu dienen, lediglich Öffnungen solcher Form und Abmessungen bestehen -zu lassen, die denen der Rohre entsprechen. Dies wird dadurch erreicht, daß in die Aluminiumplatten Ausnehmungen gestanzt werden. Es findet also ein bekannter Arbeitsvorgang Anwendung, der genau und billig ist.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es nunmehr möglich ist, zuverlässigere Wärmetauscher aus Aluminium herzustellen, deren Herstellungspreis nicht höher liegt als derjenige von Wärmetauschern aus Kupferlegierungen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben; es zeigen

F i g. 1 bis 3 schematische Ansichten in vergrößertem Maßstab der einzelnen Phasen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,

F i g. 4 einen Schnitt eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohres in Vergleich mit einem ebensolchen Rohr bekannter Bauart,

F i g. 5 und 6 schematische Ansichten, welche die einzelnen Phasen eines abgewandelten Herstellungsverfahrens des in den Fig. 1 bis3 dargestellten Rohres zeigen,

F i g. 7 eine schematische, perspektivische Teilansicht der mit den erfindungsgemäß hergestellten Rohren verbundenen Sammelplatten,

F i g. 8 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab, aus dem einige Besonderheiten der Verbindung zwischen Rohr und Sammelplatte nach Fig.? hervorgehen,

Fig. 9 eine Teilansicht einer Sammelplatte, die eine Abwandlung der Platte nach Fig. 7 wiedergibt,

Fig. 10 Teilschnitte einer Sammelplatte, die zwei aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge einer vorteilhaften Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergeben,

Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI von Fig. 10,

Fig. 12 einen Teilschnitt in stark vergrößertem Maßstab, der eine Besonderheit des in den Fig. 10 und 11 angegebenen Herstellungsverfahrens zeigt.

Ein Falz 1 eines Rohres wird in bekannter Weise beim Durchtritt unter einem Falzwerkzeug 2 gebildet, während das vorgeformte Rohr auf einem Dorn 3 geführt wird. Der so erhaltene Falz 1 gleicht einem solchen herkömmlicher langer Falzrohre zur Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere solchen mit Kupfer- oder Messingrohren.

Derjenige Bereich des Domes 3, der gegenüber dem nach Fig. 1 der Falzbildung dienenden Dorn 3 in Arbeitsrichtung gesehen weiter hinten liegt, weist auf der dem Falz 1 zugekehrten Seite eine Erhebung 3 α von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt auf. Symmetrisch angeordnete Formwerkzeuge 4 und 5 sind so angelegt, daß sie, mit dem Dorn 3 zusammenwirkend, einen Prägevorgang durchführen, der zum Zweck hat, dem von dem Falz 1 eingenommenen Teil des Rohres ein abgerundetes, angenähert kreisförmiges Profil zu geben. Der so durchgeführte Prägevorgang hat.ferner zum Ziel, das Metall in der Weise zu verformen, daß der zwishcen den Punkten α undö des Rohres bestehende Zwischenraum, welcher auf die Falzbildung zurückgeht, soweit wie möglich geschlossen wird.

Schließlich wird das Rohr zwischen dem Dorn 3 und einem Kalibrierwerkzeug 6 durchgeführt, welches dem Falz 1 eine möglichst saubere und präzise Oberflächenform verleiht. Dieses Kalibrierwerkzeug 6 bewirkt zudem eine weitere Schließung des zwischen dem den Falz 1 bildenden Bandteil und dem eine der anschließenden Seitenwände des Rohres bildenden Bandteil noch bestehenden Zwischenraumes.

Fig.4 stellt einen Schnitt des erfindungsgemäßen Rohres im Vergleich mit einem Schnitt eines in herkömmlicher Weise hergestellten Rohres dar. Aus dieser Figur sind insbesondere die Tiefen- und Breitenunterschiede des durch die Punkte« undo begrenzten Zwischenraumes ersichtlich. Während das erfindungsgemäße Rohr einen sehr feinen Zwischenraum geringer Tiefe aufweist, ist derjenige des in bekannter Weise hergestellten Rohres vergleichsweise breit und tief.

Die Fig. 5 und 6 stellen eine Abwandlung des Verfahrens dar. bei der das Prägen und die Kalibrierung in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen. F i g. 5

ao zeigt in gleicher Weise wie Fig. 1 das unter dem Falzwerkzeug 2 hindurchbewegte Rohr. In diesem Falle folgen jedoch dem Falzwerkzeug 2 unmittelbar Präge- und Kalibrierwerkzeuge7, la, die zu beiden Seiten des Rohres bzw. des Domes 3 angeordnet sind, wobei der Dorn 3 genau in der gleichen Weise, wie oben in Zusammenhang mit den Fig. 2 und3 beschrieben, geformt ist; d.h., der Dorn 3 weist auch hier eine Erhebung 3 a von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt auf. Die Präge- und KaIi- brierwerkzeuge7, la umfassen beide zusammen die ganze Rohrwand, d. h. nicht nur denjenigen Teil derselben, welcher den Falz 1 aufweist, der zu kalibrieren ist. Auf diese Weise erhält das gesamte Rohr eine sehr große Genauigkeit, ganz besonders dann, wenn das betreffende Rohr aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt wird, da dieses Metall und seine Überzugslegierung sehr geschmeidig sind.

■ Bei dem erläuterten Verfahren, wie es auch F i g. 7 zugrunde liegt, werden die fertigen und auf eine be-

₊o stimmte Länge zugeschnittenen Rohre an ihrem oberen Ende, ebenso wie an ihrem nicht dargestellten unteren Ende in Sammelplatten 8 eingeführt, die gleichfalls aus Aluminium bestehen, welches auf einer oder vorzugsweise auf zwei Oberflächen einen Überzug 9, 10 aufweist, insbesondere aus einer Aluminium-Silizium-Legierung. Das Rohr weist einen Überzug 11 auf.

Die Sammelplatten 8 besitzen eine erhebliche Dicke, beispielsweise 1 bis 2 mm, während die Wandstärke der Rohre nur einige Zehntelmillimeter, beispielsweise 0,1 bis 0,6 mm, beträgt.

Im Gegensatz zur bekannten Herstellungstechnik bei Wärmetauschern werden Ausnehmungen 12 zum Einsetzen der Rohre nicht unter Aufwölbung von Kragen gebildet, sondern sie werden beispielsweise durch einen Stanzvorgang ausgeschnitten, so daß keinerlei Kragen auftritt, und der Rand der Ausnehmung 12 sauber und scharf ausgebildet ist.

Nachdem die Rohre in die Ausnehmungen 12 der Sammelplatten 8 eingesetzt sind, wird die Lötung des Rohrbündels des so gebildeten Wärmetauschers vorgenommen. Im Verlauf dieser Lötung werden die Teile des Falzes 1 ebenso wie die Sammelplatten 8 mit jedem der Rohre sicher verbunden, da der zwisehen den Rändern der Ausnehmungen 12 und den Rohrwänden bestehende geringe Zwischenraum durch Kapillarwirkung das Eindringen der geschmolzenen Aluminium-Silizium-Legierung erleichtert, so

daß eine besonders hochwertige Lötverbindung zwi- Fig. 10 und 11 dargestellt. Die Abmessungen der

sehen den Sammelplatten 8 und den Rohren zustande Vertiefungen· 13 sind so gewählt, daß die Ausneh-

kommt. Ebenso wird der am Fuß des Falzes 1 auftre- mungen 12 in der in Fig. 12 angegebenen Weise ent-

tende Zwischenraum leicht gefüllt, da seine Größe stehen, wonach die geneigten Seitenwände 14 bewir-

durch den Präge- und Kalibriervorgang stark vermin- 5 ken. daß die effektive Höhe der Ausnehmungen 12

dert ist. " durch die Formel

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung, bei der die Ausnehmungen 12 der Sammelplatten 8 eine Einschnü- h = ^e
rung 12a besitzen, deren Form und Höhe der Form- · - ςϊπΛ
und Tiefe-des am Fuße des Falzes 1 verbliebenen io

Zwischenraumes entspricht. Diese Einschnürung, die ' gegeben ist, wobei e die Dicke der .Sammelplatten 8 beim Einsetzen -der Rohre möglicherweise verformt und α der zwischen dem geneigten Lochrand und der werden kann, ist lediglich dazu vorgesehen, in der Rohrwand auftretende Winkel ist. Dieser Arbeits-Ebene der Sammelplatten 8 den verbliebenen Zwi- gang bietet mehrere Vorteile. Einerseits wird das schenraum auszufüllen, so daß die Verschließung 15 Einführen der Rohre in die Ausnehmungen 12 der durch die Aluminium-Silizium-Legierung bei deren Sammelplatten 8 erleichtert, da die geneigten Seiten-Schmelzen im Verlaufe des Lötungsvorganges um so wände 14 einen konvergierenden Kanal zur Einfüh-' leichter erreicht wird. rung der Rohre ergeben, die in Richtung der in den.

In den Fig. 10 bis 12 ist ein vorteilhaftes zusätzli- Fig. 10 und U angegebenen Pfeile erfolgt. Andererches Merkmal der Erfindung' angegeben. Die Sam- ao seits bilden die geneigten Seitenwände 14 Versteifun-

melplatten 8 werden danach zuerst einem Prägevor- gen für die Sammelplatten 8. Darüber hinaus ist die

gang unterzogen, um, wie das der obere Teil der effektive Höhe h der Ausnehmung 12 größer als die

Fig. 10 und 11 zeigt, Vertiefungen 13 mit geneigten Dickee der Sammelplatte8, so daß die Dickee klei-

Seitenwänden 14 zu erhalten. In einem weiteren Ar- ner gewählt werden kann als im Falle der F i g. 7,

beitsgang werden die Platten sodann gestanzt, so daß 25 und die Lötung zwischen Rohr und Sammelplatte

Ausnehmungen 12 entstehen, wie im unteren Teil der trotzdem auf dem gleichen Metallquerschnitt erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern, welche aus gefalzten, abgeflachten Rohren bestehen, deren Falz an einer Schmalseite des Rohres liegt, und welche in mit Abstand zueinander in Sammelplatten angeordnete Ausnehmungen, die dem Querschnitt der gefalzten Rohre entsprechen, eingeführt und mit den Sammelplatten verlötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei aus Aluminium bestehenden Rohren und Sammelplatten (8) der Falz (1) gerundet wird, und die Ausnehmungen (12) genau dem Querschnitt der Rohre entsprechend ausgestanzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Falz (1) nach dem Runden kalibriert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausstanzen der Ausnehmungen (12) konzentrisch zu diesen Vertiefungen (13) mit konvergenten Seitenwänden (14) eingeprägt werden.