DE2217557A1

DE2217557A1 - Fluessigkeit-gas-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2217557A1
Application number: DE19722217557
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Dipl Ing Dr Hauck; Werner Dipl Phys Kalkbrenner
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1972-04-12
Filing date: 1972-04-12
Publication date: 1973-10-18
Also published as: IT987067B; JPS499750A; FR2179860A1

Description

METALLGESELLSCHAFT 6 Frankfurt (Main), 10.4.1972

Aktiengesellschaft DrQ/GKp 6 Frankfurt (Main)
Reuterweg 14

Prov. Nr. 6977 M

Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher, insbesondere Flüssigkeit-Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, dessen aus lotplattiertem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, bzw. dessen Legierungen bestehenden Bauelemente in der Weise durch Hartlötung miteinander verbunden sind, daß zwischen den einzelnen als Flachrohre ausgebildeten mit ihrer Schmalseite in Strömungsrichtung des Gases angeordneten Kühlrohren ein gewelltes Kühlrippenband parallel dazu angebracht ist.

Bei dem heutigen Entwicklungstrend auf dem Gebiet der Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere im Hinblick auf eine Steigerung der Beschleunigungs-- sowie Leistungswerte, wird auch der Kühlerbau mit neuen Aufgaben konfrontiert. So kann die geforderte größere Wärmeaustauschleistung nur durch Kühler in ausgesprochen kompakter Bauweise mit einer großen Wärmeaustauschfläche und mit Werkstoffen hoher Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, da der für die Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung stehende Raum begrenzt und damit bei einer Leistungssteigerung für den Kühler kein größerer Platz vorhanden ist.

Betrachtet man die Wärmeleitfähigkeit der für den Bau von Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher in Betracht kommenden Werkstoffe, so zeigt sich, daß praktisch nur Kupfer und Aluminium den Forderungen nach kompakten kleinen Wärmeaustauschern hoher Wärmeaustauschleistung gerecht werden können.

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Da Kupfer jedoch ein vergleichsweise kostspieliger Werkstoff ist, geht das Bestreben dahin, anstelle von Kupfer Aluminium oder dessen Legierungen zur Herstellung von Wärmeaustauschern zu verwenden, zumal dadurch zusätzlich eine erhebliche Gewichtsersparnis erzielt wird. Durch optimale Ausbildung der Kühlrohre und deren Verrippung kann man den Wärmeübergangsverhältnissen der jeweiligen Medien Rechnung tragen und somit hohe Wärmeaustauschleistungen erzielen.

Bei der Herstellung von Wärmeaustauschern aus Aluminium werden lotplattierte.Aluminiumbänder, -bleche und -rohre als Bauelemente verwendet, die im Tauchbad oder Ofen durch Hartlötung miteinander verbunden werden. Eine einwandfreie Lötung von lotplattiertem Aluminium wird nur erreicht, wenn die Oxidhaut des Aluminiums vorher zerstört worden ist. Deshalb müssen die Bauelemente von aus Aluminium hergestellten Wärmeaustauschern entweder vor oder während des Lötprozesses mit einem Flußmittel behandelt werden. Die hohe chemische Aggressivität des Flußmittels erfordert es aber, daß der Wärmeaustauscher nach dem. Löten sorgfältig vom Flußmittel gereinigt werden muß. Dieser Reinigungsprozeß ist sehr aufwendig und gelingt nur bedingt vollständig. Besonders bei Wärmeaustauschern, in denen Wasser oder wässrige Medien gekühlt werden, besteht die Gefahr einer Korrosion des Aluminiums durch Flußmittelreste.

Aus diesem Grund gewinnen in der letzten Zeit Verfahren an Bedeutung, bei denen der Lötvorgang ohne Verwendung von Flußmitteln erfolgt. Diese Verfahren arbeiten mit inerter Atmosphäre, d.h. mit Vakuum oder mit Schutzgas. Die Tatsache aber, daß aufgrund des fehlenden Flußmittels die oberflächenenergetischen Bedingungen an der Lötstelle lötunfreundlicher sind und dadurch zum Beispiel Spalte oder Trennfugen schlechter oder garnicht überbrückt werden

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können, führt dazu, daß bisher in der Praxis Aluminium-Wärmeaustauscher noch nicht großtechnisch flußmittelfrei gelötet werden können.

Ferner eignen sich die heute üblichen Bauformen, wie sie bei aus Messing und Kupfer bestehenden Wärmeaustauschern angewendet werden, nicht für das flußmittelfreie Löten von aus Aluminium bestehenden Wärmeaustauschern, da entweder außerordentlich schwierig zu schließende Spalte beim Einlöten der Wasserrohre in die Bodenbleche entstehen oder im Falle eingearbeiteter Wasserkästen große Längen an druck- und wasserdicht zu lötenden Längsnähten vorhanden sind.

Ferner muß aus Gründen eines vertretbaren Druckabfalles das Flüssigkeitsführungssystem des Wärmeaustauschers so konstruiert sein, daß viele parallel geschaltete Wärmeaustauschflächen zur Verfügung stehen. Das führte dazu, daß bei der Herstellung von solchen Wärmeaustauschern eine große Zahl druck- und/oder flüssigkeitsdichter sowie eine große Zahl wärmeleitender Verbindungen notwendig sind. Diese Verbindungen müssen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst in einem, höchstens aber in zwei Arbeitsgängen gefertigt werden..

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die bei aus Aluminium bestehenden Wärmeaustauschern auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen und insbesondere die Wärmeaustauscherso zu gestalten, daß die druck- und flüssigkeitsdichten Lötstellen auf eine möglichst geringe Zahl reduziert und die Verlötung aller Bauelemente eines Wärmeaustauschers in einem Arbeitsgang in einfacher Art und Weise durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß

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bei aus Leichtmetall vorzugsweise aus Aluminium oder dessen Legierungen bestehenden Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauschern der Flüssigkeitsein- und -auslauf für die an ihren Enden verschlossenen Kühlrohre aus den über die durch die Enden der Kühlrippenbänder gebildeten Ebenen hinausragenden Teile der Kühlrohre, die jeweils mit quer zur Strömungsrichtung der Luft angebrachten auf einer gemeinsamen Achse liegenden Durchbrechungen versehen sind, und zwischen den hinausragenden Teilen der einzelnen Kühlrohre koaxial mit den Durchbrechungen angeordneten Rohrstücken gebildet werden, wobei der Innendurchmesser der Rohrstücke dem Durchmesser der Durchbrechungen und die Breite der Rohrstücke dem Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlrohren entsprechen.

Nach Bedarf können die Kühlrohre, deren Breite wenigstens dem Außendurchmesser der Rohrstücke entspricht, aus einem oder mehreren Kanälen bestehen.

Die Kühlrohre werden zweckmäßigerweise aus zwei gleich groß zugeschnittenen und zusammengelegten Blechen, von denen auf einem ein Trennmittel im Muster des Flüssigkeitsleitungssystems aufgedruckt ist, durch Walzplattieren und anschließendes pneumatisches oder hydraulisches Aufblähen des Leitungssystems hergestellt.

Danach werden die einzelnen Bauelemente des Wärmeaustauschers wie bekannt in eine Spannvorrichtung eingesetzt und flußmittelfrei in inerter Atmosphäre, d.h. in Vakuum oder Schutzgas im Ofen hartgelötet.

Eine Abwandlung des Verfahrens besteht darin, daß die Kühlrohre erst nach dem Hartlöten des Wärmeaustauschers aufgebläht werden. Hierbei müssen allerdings die Kühlrippenbänder so geformt sein, daß sie ohne Zerstörung der Lötverbindungen zusammendrückbar sind.

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Der erfindungsgemäße Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher ist im folgenden anhand eines durch einen Kraftfahrzeugkühler senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft gelegten Querschnitts näher und beispielhaft erläutert:

Der durch flußmittelfreie Hartlötung seiner aus einer lotplattierten Aluminiumlegierung bestehenden Bauelemente im Vakuum gefertigte Kühlerblock besteht aus den als Flachrohre ausgebildeten an ihren Enden verschlossenen Kühlrohren 1 sowie den zwischen den einzelnen Kühlrohren 1 parallel zu diesen angebrachten gewellten Kühlrippenbänder Der Wasserein- 3 und -auslauf 4 für die Kühlrohre 1 wird durch die Teile der Kühlrohre 1, die die durch die Enden der Kühlrippenbänder 2 gebildete untere und obere Ebene 5, überragen und in denen auf einer gemeinsamen Achse liegende Durchbrechungen 7 angeordnet sind, deren Durchmesser dem

der
Innendurchmesser/zwischen den einzelnen Kühlrohrteilen koaxial mit den Durchbrechungen 7 angeordneten Rohrstücke und deren Breite dem Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlrohrteilen entspricht, gebildet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß der Wärmeaustauscher vergleichsweise einfach aufgebaut ist. Durch die Verwendung von walzplattierten und aufgeblähten flachen Kühlrohren, sind die notwendigen druck- und flüssigkeitsdichten Verbindungsstellen auf eine relativ geringe Zahl reduziert. Als Dichtstellen treten bei diesem Wärmeaustauscher nur die kreisrunden Lötstellen zwischen den Kühlrohren und den mit ihnen verschweißten Rohrstücken auf. Diese runden Lötstellen, die nur durch Aufpressen der plangedrehten Rohrstücke entstehen und daher keine Spalte oder Trennfugen aufweisen, sind besonders lötfreundlich, d.h. bestens für die flußmittelfreie Lötung geeignet. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist praktisch ohne jeden Ausschuß möglich.

_ 6 309 8 42/0702 Patentansprüche

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher, insbesondere Flüssigkeit-Luft-Kühler für Verbrennungskraftmaschinen, dessen aus lotplattiertem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, bzw, dessen Legierungen bestehenden Bauelemente in der Weise durch Hartlötung miteinander verbunden sind, daß zwischen den einzelnen als Flachrohre ausgebildeten mit ihrer Schmalseite in 'Strömungsrichtung des Gases angeordneten Kühlrohren ein gewelltes Kühlrippenband senkrecht und parallel dazu angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsein- (3) und -auslauf (4) für die an ihren Enden verschlossenen Kühlrohre (1) aus den über die durch die Enden der Kühlrippenbänder gebildeten Ebenen (5, 6) hinausragenden mit quer zur Strömüngsrichtung der Luft versehenen auf einer gemeinsamen Achse liegenden Durchbrechungen (7) angeordneten Teile der Kühlrohre (1) und den zwischen den einzelnen Kühlrohren (1) koaxial zu den Durchbrechungen angebrachten Rohrstücken (8) gebildet werden, deren Innendurchmesser dem Durchmesser der Durchbrechungen (7) und deren Breite dem Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlrohren (1) entspricht.
2) Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kühlrohre (1) wenigstens dem Außendurchmesser der Rohrstücke (8) entspricht.
3) Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (1) in mehrere Kanäle aufgeteilt sind.
4) Verfahren zur Herstellung des Flüssigkeit-Gas-Wärmeaustauschers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre jeweils aus zwei gleich groß zugeschnittenen und zusammengelegten Blechen,

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von denen auf einem ein- Trennmittel im Muster des Leitungssystems aufgedruckt ist, durch Walzplattieren und anschließendes pneumatisches oder hydraulisches Aufblähen des Leitungssystems hergestellt werden.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente des Wärmeaustauschers in einer Spannvorrichtung zusammengesetzt und anschließend in inerter Atmosphäre flußmittelfrei miteinander hartverlötet werden.
6) Abwandlung des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre erst nach dem Hartlöten aufgebläht werden.

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