DE19922673C1 - Wärmeaustauscher sowie Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit zwei Sammelrohren, die zwischen sich Profilrohrabschnitte aufnehmen mit einer Lamellenanordnung. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Sammelrohr und der Lamellenanordnung an der Außenseite des Profilrohrabschnittes eine Sperre zur Verhinderung des Lötmittelflusses vorgesehen. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers. Erfindungsgemäß wird vor dem Abschneiden von einem Profilrohrstrang die Sperre an den Profilrohrabschnitten angeformt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere zur Verwendung im Automobilbau, mit aus stranggepreßten Profilabschnitten, vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, die parallel zueinander angeordnet sind und an ihren beiden Enden an je einem Sammelrohr befestigt sind, hierbei ist zwischen benachbarten Seiten zweier Profilrohrabschnitte an diesen eine Lamellenanordnung angelötet. Die Mehrkammerprofilrohre können mit Zink, Hartlot und/oder Flußmittel beschichtet sein, um Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit zu verbessern (vergl. DE 195 15 909 A1).

Insbesondere betrifft die Erfindung Wärmetauscher, die nach dem Inertgas-Lötverfahren mit nichtkorrosiven Flußmitteln verlötet werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch die Unebenheiten und Rauhheit, insbesondere longitudinale Riefen in Extrusionsrichtung der Strangpreßprofile, das Lötmittel nicht an den dafür vorgesehenen Stellen verbleibt, sondern beispielsweise durch Kapillarwirkung oder Riefen sich von der eigentlichen Lötstelle entfernt, wodurch beim Löten eine Zerstörung oder Schädigung durch eine sogenannte Löterosion eintritt. Durch Löterosion können die für den bestimmungsgemäßen Gebrauch des Wärmetauschers erforderlichen Eigenschaften wie Dichtheit, Berstdruckfestigkeit, Druckwechsel­ beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit nachteilig verändert werden. Mit den gebräuchlichen Prozeßsicherungsmethoden ist Löterosion weder sicher zu vermeiden noch zu erkennen.

Bei Wärmeaustauschern ist es bereits bekannt (DE 33 12 691 A1) überschüssiges geschmolzenes Lötmittel in einem konkav-konvexen Teil zu sammeln, um so zu verhindern, daß das Lötmittel bei Erkalten eine tropfenförmige Masse bildet, da durch diese Masse die Dichtungswirksamkeit und die Befestigung des eigentlichen Wärmeaustauschers an einem Rahmen beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist daher, zunächst einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine sichere Lötverbindung vorliegt, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein Teil des Lötmittels vom Sammelrohr zu der Lamellenanordnung fließen kann bzw. eine Schädigung oder Zerstörung des Profilrohres eintritt. Darüber hinaus soll der Wärmeaustauscher einfach und kostensparend herstellbar sein.

Dies geschieht bei einem Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen dem Sammelrohr und der Lamellenanordnung an der Außenseite des Profilrohres wenigstens eine quer zur Rohrlängsrichtung liegende Sperre zur Verhinderung des Flusses des Lötmittels z. B. AlSi-Lote oder AlZn-Lote vorgesehen ist, hierbei sind durch die Sperre die in Längsrichtung des Rohrprofiles verlaufenden Riefen in ihrer Tiefe wesentlich verkleinert und/oder unterbrochen. Durch die Sperre wird ein Lötmittelfluß weg von der eigentlichen Lötstelle erheblich reduziert. Eine bestimmungsgemäße Verbindung zwischen Sammelrohr, Profilrohr und Lamellenanordnung ist gegeben. Durch die Sperre wird in einfacher Weise ohne großen Mehraufwand ein sicheres Mittel geschaffen, um Löterosion zu reduzieren.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Sperre als Glättungszone des Profilrohres ausgebildet. Hierbei weist die Glättungszone eine Tiefe auf, die bei 5-50 µm liegt und vorzugsweise 15% der Profilrohrwandstärke nicht überschreitet. Diese Glättungszone verhindert, daß das Lötmittel durch Kapillarwirkung vom Sammelrohr zur Lamelle fließt.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Sperre als Prägung ausgebildet, so daß durch eine einfache Prägung bereits ein quer zum Profil laufender Abschnitt praktisch riefenfrei wird. Günstigerweise ist die Prägung auf den beiden Seiten des flachen Profilrohres vorgesehen, die eine geringe Krümmung aufweisen. Beidseitig wird ein Schutz erzielt.

Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers, bei dem an zwei Sammelrohren stranggepreßte Profilrohrabschnitte befestigt werden, wobei zwischen benachbarten Profilrohrabschnitten Lamellenanordnungen angelötet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es aber auch, ein Verfahren so zu gestalten, daß beim Löten ein sichere Verbindung erzielt wird, zugleich soll das Verfahren einfach und kostensparend durchgeführt werden können, eine riefeninduzierte Löterosion soll verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 dadurch gelöst, daß vor dem Trennen bzw. Ablängen von einem Strang die Profilrohrabschnitte mit wenigstens einer Sperre zur Unterbrechung des Flusses des Lötmittels versehen werden. Solche stranggepreßten flachen Profilrohrabschnitte erlauben dann, einen Wärmeaustauscher sicher aufbauen zu können.

Günstig ist es, wenn die Sperre durch eine die Rauhigkeit des Profilrohres verkleinernde Prägung erzeugt wird, da auf diese Weise das Verfahren leicht durchzuführen ist.

Empfehlenswert ist es hierbei, wenn auf zwei gegenüberliegenden Seiten des flachen Profilrohres Prägewerkzeuge angeordnet werden, die gleichzeitig eine Prägung erzeugen. Hierdurch gewinnt man praktisch in einem einzigen Arbeitsgang rund um das Profilrohr die Sperre, zugleich wird durch die Anwendung der Prägung auf den beiden Seiten ein so schwacher Druck im Rohr erzeugt, daß keine Verbiegung oder Verformung des Rohres zu befürchten ist. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden vor dem Abschneiden der Abschnitte beiderseits der Schnittlinie die Prägungen an dem Profilrohr durchgeführt. Durch die gleichzeitige Prägung beiderseits der Schnittlinie wird erreicht, daß das eine Ende des Profilrohrabschnittes mit einer Sperre versehen wird, während der nächste Profilrohrabschnitt an seinem Anfang eine Prägung aufweist, wiederum ist ein solches Verfahren leicht und kostensparend durchzuführen.

Um eine ausreichende Sperre des Lötmittels zu erzielen in Abhängigkeit der Dicke des Rohres, sind die Breite und die Tiefe der Prägung am stranggepreßten Profilrohr wahlweise einstellbar, so daß immer sichergestellt ist, daß eine sichere Glättung des Prägerohres gegeben ist.

Durch die Ausführung der Prägewerkzeuge und den Prägevorgang wird sichergestellt, daß keine nachteilige Beeinflussung der für den bestimmungsgemäßen Gebrauch erforderlichen Eigenschaften (Dichtheit, Berstdruckfestigkeit, Druckwechselbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit) erfolgt.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Teilausschnitt eines Wärmeaustauschers in Vorderansicht,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Vorderansicht in größerem Maßstabe,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Profilrohrabschnitt gemäß der Linie III-III,

Fig. 4 Profilrohrabschnitt und

Fig. 5 die Anordnung der Prägungen auf einem Profilrohr.

Vorab sei bemerkt, daß für das Rohr, das die Lamellen tragen soll, auch die Ausdrücke stranggepreßte Profilabschnitte, Mehrkammer­ profilrohr und Strangpreßprofil verwendet werden.

Der in Fig. 1 im Ausschnitt schematisch dargestellte Wärmeaustauscher weist im Wesentlichen zwei Sammelrohre 10 auf, zwischen denen eine Anzahl von Profilrohrabschnitten 11 vorgesehen ist, hierbei fließt von dem einen Sammelrohr 10 über die Profilrohrabschnitte 11 ein Medium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit. Zwischen zwei benachbarten Profilrohrabschnitten ist eine Lamellenanordnung 12 vorgesehen, die aus einzelnen Lamellen aufgebaut ist und die jeweils an den Profilrohrabschnitten 11 angelötet sind, um so eine gute Wärmeübertragung zu erhalten. Die Lamellen liegen in einem Luftstrom, um so eine Wärmeübertragung über die Lamellen und den Profilrohrabschnitten zu erhalten, sei es um eine Kühlung oder aber Erwärmung des im Sammelrohr befindlichen Mediums durchzuführen.

Die Lamellenanordnung ist an den Profilrohrabschnitten und die Enden der Abschnitte an Sammelrohren durch eine Hartlötung befestigt. Hierzu können die Lamellenbleche und die Sammelrohre mit einer Lotplattierung versehen sein. Die Profilrohre können mit einer Korrosionsschutzschicht, z. B. Zink, versehen sein. Nachgetragen sei hier, daß die Sammelrohre mit Schlitzen versehen sind, in die die Enden der Profilrohrabschnitte eingeschoben sind. Es erfolgt dann die Hartlötung. Der Fluß des Kühlmittels durch die Profilrohrabschnitte wird durch diese Befestigung und durch die Prägung nicht beeinträchtigt.

Zwischen Sammelrohr und der Lamellenanordnung ist eine Prägung 13 an dem Profilrohr 11 vorgesehen. Die Prägung erstreckt sich auf der Unter- und Oberseite des flachen Profilrohrabschnittes.

Die Prägung führt nicht zu einer Reduzierung des Innenquerschnittes der Strangpreßprofile (Fig. 2).

Diese Prägung bewirkt, daß die beim Strangpressen erzeugten Riefen in ihrer Tiefe wesentlich verkleinert werden.

In Abhängigkeit von den Herstellbedingungen weisen Strangpreßprofile longitudinale Riefen von bis zu 50 µm auf. Zur Verminderung der riefeninduzierten Löterosion kann mit nicht unerheblichem Aufwand die Tiefe der Riefen auf geringere Werte, z. B. kleiner 10 µm, reduziert werden, wobei der Aufwand mit abnehmender Riefentiefe steigt. Durch die erfindungsgemäße Prägung kann in einfacher Weise ein Bereich mit Rauhtiefen kleiner 10 µm erzeugt werden.

Die Prägungen bewirken, daß das Hartlotmittel nach dem Aufschmelzen nicht über die Prägung fließen kann, so daß eine sichere Hartlötung im Bereich der Sammelrohre als auch im Bereich der Lamellenanordnung vor sich gehen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei Prägungen nebeneinander vorgesehen, um so eine Art Mehrfachsperre zu erhalten. Dies kann erforderlich sein, wenn aufgrund von Streuungen der Einschubtiefe der Profile in die Sammlerrohre die bestimmungsgemäße Positionierung der Prägung zwischen Sammelrohr und Lamelle sichergestellt werden soll.

Nachzutragen bleibt hier noch, daß die Prägung rund um das Profilrohr durchgeführt wird, zumindest aber auf den beiden Flachseiten des ovalen Rohres, das als Mehrkammerrohr ausgebildet ist. Durch das Mehrkammerprinzip ist sichergestellt, daß bei einer Prägung kein Verschluß des stranggepreßten Profilrohres eintritt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind Abschnitte des stranggepreßten Rohres dargestellt. Dieses wird von einer Spule abgewickelt und kann, wie bereits erwähnt, mit einer Zinkschicht und/oder einer Lot-/Flußmittelschicht versehen sein. Prägewerkzeuge 14 sind beiderseits des Rohres vorgesehen, so daß bei einem einzigen Durchgang die Ober- und Unterseite des Rohres bezüglich Fig. 5 mit einer Prägung versehen wird.

Zwischen den beiden Prägewerkzeugpaaren ist die Schnittlinie 15 dargestellt.

Das Ende eines Profilrohrstranges wird also zunächst mit zwei Prägungen versehen, dann wird zwischen den beiden Prägungen 14 das Profilrohr durchgeschnitten.

Es entsteht also bei einem Prägevorgang an einem ersten Abschnitt des Profilrohres an dem Ende des Abschnittes eine Prägung, zugleich entsteht von dem nächsten Profilrohrabschnitt am Anfang des Abschnittes eine weitere Prägung.

Bei dem weiteren Vorgang wird dann das Profilrohr weiterbewegt, so daß dann wieder von dem zweiten Abschnitt das Ende geprägt wird und von einem dritten Abschnitt der Anfang, wie es in Fig. 5 schematisch dargestellt ist.

Bei dem Prägeverfahren bleiben die Funktionsschichten auf der Profiloberfläche erhalten, d. h. der Vorgang ist nicht abrasiv.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungsformen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch andere Abänderungen möglich. Die durch die Prägungen hergestellte Glättungszone könnte beispielsweise auch durch Schleifen hergestellt werden, wodurch wiederum sichergestellt würde, daß die Rautiefe wie im Bereich der Bearbeitungsstelle wesentlich geringer ist als am übrigen Teil des Profilrohres. Weiterhin wäre es möglich, statt der Prägung einen Auftrag vorzunehmen, der dann jedoch eine Oberflächenbeschaffenheit haben muß, die mit der Rauhtiefe der Prägung konkurrieren kann. Weiter müßte bei dem Auftrag sichergestellt sein, daß bei einer Hartlötung die Auftragsschicht nicht zerstört würde. Die Prägewalzen könnten auch in ihrer Breite und in ihrer Gestalt anders geformt sein, so daß die Prägung selber flacher und breiter gestaltet werden könnte.

Claims (11)

1. Wärmeaustauscher, insbesondere zur Verwendung im Automobilbau, mit stranggepreßten Profilrohrabschnitten, vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, die parallel zueinander anordnet sind und an ihren beiden Enden an je einem Sammelrohr befestigt sind, hierbei ist zwischen benachbarten Seiten zweier Profilrohre an diesen eine Lamellenanordnung angelötet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sammelrohr (10) und der Lamellenanordnung (12) an der Außenseite des Profilrohres (11) wenigstens eine quer zur Längsrichtung liegende zur Verhinderung des Lötmittelflusses dienende Sperre vorgesehen ist, hierbei sind in der Sperre (13) die in Längsrichtung des Profilrohres verlaufenden Riefen in ihrer Tiefe verkleinert und/oder unterbrochen.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (13) als Glättungszone des Profilrohres (11) ausgebildet ist, hierbei weist die Glättungszone eine Tiefe auf, die bei 5-50 µm liegt und vorzugsweise 15% der Profilrohrwandstärke nicht überschreitet.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperre (13) als Prägung (13) ausgebildet ist.

4. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägung auf den Seiten mit einer geringen Krümmung des flachen Profilrohres vorgesehen ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeaustauschers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei denen zwischen zwei Sammelrohren stranggepreßte Profilrohrabschnitte befestigt werden, wobei zwischen benachbarten Profilrohrabschnitten eine Lamellenanordnung angelötet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilrohrabschnitte (11) an ihren Enden mit wenigstens einer Sperre (13) zur Unterbrechung des Flusses des Lötmittels versehen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (13) vor dem Abschneiden eines Abschnittes von einem Rohrstrang an dem Rohrabschnitt (11) angebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (13) durch eine die Rauhheit des Profilstranges verkleinernde Prägung erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf den beiden Seiten mit geringer Krümmung des flachen Profilrohres Prägewerkzeuge (14) angeordnet werden, die gleichzeitig an den Abschnitt (11) eine Prägung erzeugen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Abschneiden beiderseits der Schnittlinie (15) die Prägungen (13) durchgeführt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite und Tiefe der Prägung (13) am stranggepreßten Profilrohr (11) wahlweise eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prägung am Profilrohr ohne Materialabtrag unter Erhaltung der Funktionsschichten erfolgt.