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Lamellen-Rohr-Wärmetauscher Die Erfindung betrifft einen Lamellen-Rohr-Wärmetauscher
mit Lamellen, die jeweils einen Durchbruch besitzen, in dem das Rohr angeordnet
ist, die mit dem Rohr verlötet sind und die wenigstens teilweise mit einer Lotschicht
bedeckt sind ud ein Verfahren zur Herstellung des Lamellen-Rohr-Wärmetauschers,
bei dem mit einer Lotschicht bedeckte Lamellen auf dem Rohr angeordnet werden und
wenigstens ein Teil aus Lotes zur Verlötung auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird.
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Solche Lamellen-Rohr-Wärmetauscher sind im Handel erhältlich.
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Sie können aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sein. Bei Lamellen-Rohr-Wärmetauschern
sind die Lamellen mit Weichlot, mit Klebemittel oder mechanisch befestigt. Diese
Befestigungen weisen Nachteile auf. Weichgelötete Lamellen-Rohr-Wärmetauscher besitzen
eine relativ geringe mechanische Festigkeit und ihre Herstellung ist kompliziert.
Bei geL-lebt-en Lamellen-Rohr-Wärmetauschern und bei Wärmetauschern, bei denen die
Lamellen mechanisch befestigt sind, ist die Wärmeleitung aehr schlecht. Mit Lamellen-Rohr-Wärmetauschern,
bei denei mellen durch eine Hartlötung befestigt sinC):, sinn eine Nachteile zu
beseitigen. Bei Lamellen-Rohr-Wärmetauschern, bei denen wenigstens die Lamellen
aus Aluminium bestehen, wird zur Hartlötung eine AlSi-Legierung benutzt und vorzugsweise
werden mit einer solchen Legierung plattierte Aluminiumteile verwendet. Dabei werden
während des Lötprozesses die Wärmetauscher durch eine Spannvorrichtung zusammengehalten
und üblicherweise wird der gesamte Wärmetauscher in einem Of n oder einem Tauchbe
auf eine Temperatur erhi st. bei d r das Lot schm rt Tah ird das at nic nur ätstellen
sondern überal @olzen und es b its so higkeiten,
das flüssige Lötmaterial
zu behernschen. Man erhält daher eine ungleichmäßige Lötschicht9 wobei zuviel Lot
einzelne Teile durchlegieren kann, so daß sogar Löcher entstehon können Außerdem
können bei der Erwärmung des gesamten Wärmetauschers einzelne Teile deformiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der
eingangs genannten Art und das Verfahren zu seiner Herstellung so auszugestalten,
daß durch die Verlötung bedingte Deformationen bzw. Beschaaigungen nicht auftreten
und beim Herstellungsverfahren das Lötmaterial nur an den Lötstellen geschmolzen
wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei jeder Lamelle
wenigstens ein Teil der Kante des Durchbruchs in einen Vorsprung übergeht9 der mit
dem Rohr verlötet ist und daß im Bereich des dem Rohr zugewandten Teils der Kante,
die in einen Vorsprung übergeht, die Lotschicht fehlt oder wesentlich dünner ist,
als im angrenzenden Bereich der Lamelle.
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Zur Herstellung dleses Wärmetauschers wird nach Anordnung der mit
Lot beschichteten Lamellen das Rohr von einem elektrischen Strom durchflossen, dessen
Stromstärke so groß ist, daß das Lot auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wi--d. Hierzu
kann ein hochfrequenter oder ein impulsförmiger Strom benutzt werden.
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Bs dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher bleibt die Lotschicht auf den
Lamellen beim Herstellungsverfahren unberührt, da lediglich das Rohr und der Vorsprung
beim Lötprozeß erhitzt werden0 Verformungen bzw. Beschädigungen der Lamellen beeg
Verlöten sind damit ausgesehlossene Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
einfach durchführen und ist zur Serienfertigung geeignet.
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Im folgenden wird der erfi ngsgesä@e Lamellen-Rohr-Wärmetauscher und
das Verfahren zu sein. Herstellung beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt den Aufbau eines dungsgemäßen Wärmetauschers Kreisringförmige
Kühllamellen die eine Bohrung und als Vorsprung jeweils einen rohrförmigen Flansch
bzw. Stutzen 1a aufweisen, sind auf einem Rohr 2 aufgereiht. Das Rohr kann aus Kupfer
oder Aluminium gefertigt sein. Die Lamellen 1 bestehen aus Aluminium. Für die Auswahl
dieser Materialien ist der Schmelzbeginn und das Verhalten gegenüber dem verwendeten
Lot ausschlaggebend. Der Innendurehmesser dR des Rohres 2 ist vom Verwendungszweck
des Wärmetauschers, sein Außendurchmesser DR ist durch die erforderliche Wanddicke
des Rohres 2 bestimmt, die größer als die Dicke D der Lamellen 1 sein soll. Als
zweck-DR - dR mäßig hat sich eine Wanddicke von 2 # 1,5 D erwiesen.
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Die Lamellen 1 sind mit eine Lotschicht1b bek kt. Die Lamellen können
ein- oder beidseitig mit Lot bedeckt sein. im Ausführungsbeispiel ist eine einseitige
Plattierung gezeigt. Die Lotschichtdicke d soll nicht mehr als 20% der Dicke D der
Alamelle 1 betragen. Als ausreichend für eine gute Lötverbindung hat sich eine Lotschichtdicke
d von 50 bis 70 µ mm erwiesen.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wurden die Lotschichten 1b zur
Verdeutlichung dicker gezeichnet. Als Lot werden AlSi-Legierungen verwendet. Diese
des anzen können eutektisch oder untereutektisch sein. Als günstig h @h ein eutektisches
Lot mit 88 Gew.-% Aluminium und Gew.-% Silizium mit einem Schmelzpunkt von ungefähr
577°C oder ein untereutektisches Lot mit 93 Gew.-% Aluminium und 7 Gew.-% Silizium
und einem Schmelzintervall von etwa 5770C bis etwa 613°C erwiesen.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 geben die Bohrungen der Lamellen
1, in denen das Rohr 2 angeordnet ist, iri einen rohrförmigen Vorsprung oder Flansch
über, der das Rohr 2 bei jeder Lamelle 1 vollständig umgibt. Dieser Flansch braucht
nicht rohrförmig zu sein. Es genügt, wenn als Vorsprung ein oder mehre-Stege vom
Rand der Bohrung jeder Lamelle 1 abstehen. Die V() sprünge 1a dienen einerseits
zur Verlötung der Lamellen ' mit dem Rohr 2 und andererseits zur Verbesserung der
Wärmeleitung,
da man mit ihnen eine größere JerAhrungs- und Letf7äche
erhält.
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Außerdem wird durch die Länge der Vorsprünge Is der Abstand zwischen
den Lamellen : bestimmt, was die Fertigung erleichtert.
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Zur Verlötung der Lamellen mit dem Rohr 2 wird, wie noch zu erläutern
ist, der Wärmetauscher so erhitzt, daß lediglich das Lot im Bereich der Bohrungen
und auf den Vorsprüngen ia schmilzt.
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Dieses Lot läuft wegen der Adhäsionskräfte und der Oberflächenspannung
in den Spalt zwischen rohrförmigem Flansch la und Rohr 2 hinein und es werden die
Bereiche der Biegekanten ic zwischen Lamellen 1 und den Vorsprüngen 1a, die dem
Rohr zugewendet sind, lotfrei oder zumindest ist dort die Lotschicht wesentlich
den ner, als in dem angrenzenden Teilen der Lamelle. Mit dieser Ausgestaltung wird,
wie bereits erläutert, eine Beschädigung oder eine Deformation der Lamellen vermieden.
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Zur Verdeutlichung des Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen
Wärmetauschers ist in Fig. 2a ein Ausschnitt eines montierten, aber noch nicht verlöteten
Wärmetauschers und in Fig.
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2b der gleiche Ausschnitt nach der Verlötung gezeigt. Der Fig.
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2a ist zu entnehmen, daß der rohr- bzw. ringförmige Vorsprung 1a zumindest
auf seiner Innenseite mit einer Lotschicht 7b bedeckt ist, die auch den Kantenbereich
lc überdeckt. Außerdem sieht man, daß sich der Vorsprung 1a von der Biegekante 1c
her gesehen konisch erweitert, wobei er einen Winkel α von ungefähr 1 bis
3° mit der Rohrachse einschließt. Der kleinste Innendurchmesser DK des Vorsprungs
la ist etwas größer als der äußere Rohrdurchmesser DR, um den Vorsprung la leicht
über das Rohr 2 schieben zu können. Somit verbleibt ein Spalt 3 zwischen dem Flansch
la und dem Rohr 2, der sich von der Biegekante 1c her gesehen ebenfalls erweitert.
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Vor dem Aufreihen der Lamellen 1 auf dem Rohr 2 müssen die einzelnen
Teile entfettet werden. Dies kann z.B. durch Kocilen in einem alkalischen Entfettungsbad
oder durch Dampfentfettung z.B.
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in Perchloräthylen geschehen. Eine einwandfrei Entfettung der Teile
ist Vorbedingung für eine gute Benetzung durch das Flußmittel.
Bei
einfachen Wärmetauschern kann die Entfettung auch nach der Montage durchgeführt
werden.
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Nach der Entfettung und der Montage wird der Wärmetauscher in mit
Wasser verdünntes Flußmittel getaucht und danach getrocknet.
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Der Einsatz von Flußmitteln ist zur Beseitigung von Oxidhäuten und
zur Verhinderung eines erneuten Oxidierens des Materials vor der Verlötung erforderlich.
Als Flußmittel werden Alkalihalogenite, z.B. Chlorite von Kalium, Natrium und Lithium
mit geringen Beimischungen von Schwermetallsalzen verwendet.
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Nach dieser Vorbereitung kann der Lötprozeß stattfinden. Hierzu wird
das Rohr 4 in vertikaler Lage befestigt. Dann werden beide Enden des Rohres mit
einer Stromquelle verbunden, Die etromstärke des über das Rohr fließenden Stromes
wird )n Abhängigkeit von Widerstand des Rohres beispielsweise durch die Einschaltzeit
so eingestellt, daß der Schmelzpunkt des verwendeten Loter erreicht wird. Die benötigten
Lottemperaturen liegen be-i 590 bis 6000 C.
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Es kann ein hochfrequenter oder eln impulsförmiger Strom benutzt werden
und die Einschaltzeit ist unter den oben ange benen Bedingungen so einzustellen,
daß die Lötzeit möglichst kurz wird.
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Wegen der Kühlwirkung der Lamellen wird bei dieser Erhitzung in den
Lamellen selbst nur eine Temperatur erreicht, die zum Schmelzen des Lotes nicht
ausreicht. Das Lot wird daher bei diesem Lötprozeß nur auf dem Flansch 1a und im
Kantenbereich 1c geschmolzen. Das im Kantenbereich 1c geschmolzene TjOt fließt wegen
der Adhäsionskräfte und der Oberflächen spannung in den Spalt 3 hinein und der Kantenbereich
le wird lotfrei, wie die Fig. 2b zeigt oder es befindet sich dcrt nur noch eine
Lotschicht, deren Dicke wesentlich geringer als die Lotschichten in den angrenzenden
Be reichen ist. Damit ist ein Durchlegieren der Lamllen 1 und ihre Deformation bei
der Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit Sicherheit ermiedenf 11
Patentansprüche 2 Figuren