DE2714905B2

DE2714905B2 - Zweistufiges Aufblähen von Kanalplatten

Info

Publication number: DE2714905B2
Application number: DE19772714905
Authority: DE
Inventors: Guenter Kind; Carl Kling; Kurt Rueggeberg
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1977-04-02
Filing date: 1977-04-02
Publication date: 1979-02-08
Also published as: DE2714905A1; DE2714905C3

Description

Kanalplatten können in der Weise hergestellt werden, daß vor dem Verbinden von zwei oder mehr Blechen durch Walzschweißen eines oder mehrere der Bleche mit einem Trennmittel in der Form der vorgesehenen Kanäle bedruckt wird. Durch Aufblähen im Anschluß an das Walzschweißen mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium werden Kanäle entsprechend dem Muster des aufgedruckten Trennmittels erzeugt.

Kanalplatten mit Kanalsystemen, welche auf diese Art hergestellt werden, finden in weitem Umfang Anwendung, z. B. als Wärmetauscher zur Heizung oder Kühlung.

Aus der DE-AS 1112 712 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kanalplatten bekanntgeworden, bei dem das Aufblähen der Bleche zwischen Halteplatten in der Weise erfolgt, daß in einer ersten Aufblähstufe der Halteplattenabstand zur Erzielung möglichst großer Kanalvolumen geringer eingestellt wird als die vorgesehene Endhöhe der Kanäle und daß in einer zweiten Aufblähstufe nach Absenken des Drucks der Halteplattenabstand auf die Kanalendhöhe vergrößert und die Kanäle fertiggeformt werden. Dabei wird in der zweiten Aufblähstufe vorzugsweise mit einem geringeren Arbeitsmitteldruck gearbeitet als in der ersten Stufe.

Dieses Verfahren erlaubt gegenüber dem einstufigen Aufblähen zwar die Herstellung größerer Kanalvolumen, es ist aber nicht geeignet, wenn im Hinblick auf die

Strömungsverhältnisse innerhalb des Kanalsystems ein über die gesamte Kanallänge möglichst gleichmäßiger freier Querschnitt gefordert wird Außerdem lassen sich mit dem bekannten Verfahren keine befriedigenden Ergebnisse erzielen, wenn beispielsweise für die Herstellung hochbeanspruchter Kanalplatten Bleche verwendet werden müssen, die vor dem Aufblähen eine Zugfestigkeit von über 12 Kp/mm², eine Bruchdehnung von weniger als 12% und eine Härte (HV3) von über 45,5 Kp/mm² aufweisen. Derartige Bleche haben ein ungünstiges Fließverhalten, so daß beim Aufblähen Verwerfungen der Kanalplatte auftreten und ungleichmäßige Kanäle ausgebildet werden.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach DE-AS 11 12 712 so zu verbessern, daß es zur Serienfertigung von Kanalplatten geeignet ist, die ein- oder beidseitig aus hochfestem Material bestehen und deren Kanäle über die ganze Länge einen gleichbleibenden freien Querschnitt und eine gleichbleibende Querschnittsform aufweisen sollen.

Diese Anforderungen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einwandfrei erfüllt werden. Es hat den Vorteil, daß sich die unverschweißten Bereiche der Kanalplatte in der ersten Blähstufe wegen des vergleichsweise großen Halteplattenabstands relativ unbehindert verformen können. Dadurch treten zwar Verwerfungen und ungleichmäßige Kanalformen auf; es werden aber alle Teile der Kanalwandung angenähert um das gleiche Maß gedehnt, so daß das Fließvermögen des Materials im gesamten Verformungsbereich ausgenutzt wird. Es können daher trotz ihres geringeren Fließvermögens Werkstoffe mit höherer Festigkeit zur Herstellung von Kanalplatten eingesetzt werden.

Durch die Verminderung des Halteplattenabstands nach dem Absenken des Drucks der ersten Aufblähstufe tritt nicht nur eine mechanische Verformung der an den Platten anliegenden Kanalwandungsteile auf, sondern es wird auch die Kanalplatte gerichtet, so daß bereits hierdurch die Verwerfungen im wesentlichen wieder ausgeglichen werden und eine außerhalb der Kanäle ebene Kanalplatte entsteht Die restlichen Verwerfungen werden beseitigt, wenn zur Endformung der Kanäle in der zweiten Aufblähstufe ein höherer Arbeitsmitteldruck angewendet wird. Wegen der in der ersten Aufblähstufe zwangsläufig auftretenden Kaltverfestigung, insbesondere in den gedehnten Kanalwandungen, findet in der zweiten Stufe trotz des höheren Drucks praktisch keine weitere Aufweitung der Kanäle statt, sondern nur noch eine Umformung auf den gewünschten Endquerschnitt, der überdies im gesamten Kanalsystem gleichmäßig ausgebildet wird.

Je nach Material, Blechstärke vorgesehener Größe und Form des Kanalquerschnitts sowie in Abhängigkeit von der Anordnung des Kanalsystems wird der Aufblähdruck der zweiten Stufe 5 bis 80% höher gewählt als in der ersten Stufe. In gleicher Weise kann der Halteplattenabstand der ersten Stufe auf die jeweiligen Bedingungen abgestimmt und um 10 bis 100% größer gewählt werden als in der zweiten Stufe.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders zur Herstellung beidseitig aus hochfesten Aluminiumlegierungen bestehenden Kanalplatten bewährt Es ist aber auch anwendbar zur Herstellung von Kanalplatten, bei denen die einzelnen Bleche aus unterschiedlichem Material bestehen müssen. So werden z.B. für Verdampfer von Kühltruhen häufig Kanalplatten gefordert, bei denen das Kanalbild nur einseitig

aufgebläht ist Für die Seite, die flach bleiben soll, wird dann ein Werkstoff mit deutlich höherer Festigkeit gewählt als für die andere Seite. Die Ursachen für ungleichmäßige Kanalquerschnitte oder Verwerfungen liegen hierbei weniger im unzureichenden Fließvermögen des weicheren Materials, sondern in der Asymmetrie des Aufblähvorgangs, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich besser beherrscht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der F i g. 1 bis A näher erläutert, in denen die verschiedenen Stufen des Herstellungsvorgangs dargestellt sind

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Kanal 1 nach der ersten Aufblähstufe. Der Abstand der Halteplatten 2, 3 beträgt hier a + x, wobei a der vorgesehenen Endhöhe der Kanäle entspricht und χ einen Wert zwischen 0,1a bis 1,0a annehmen kann. Durch den Aufblähvorgang wird das Material im Kanalbereich nicht nur gedehnt, sondern besonders im Bereich des Kanalrandes 4, 5 ungleichmäCig verformt, so daß eine Verwerfung der Kanalplatte, die aus den beiden durch Walzschweißen teilweise miteinander verbundenen Blechen 6,7 besteht, auftritt

Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch den Kanal Γ, nachdem der Abstand der Halteplatten auf den Wert s vermindert worden ist Dabei wird der Kanal eingedrückt und die Kanalplatte gerichtet, so daß die Verwerfungen im wesentlichen wieder verschwinden.

Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch einen Kanal 1" im Zustand der Endverformung nach der zweiten Aufblähstufe. Der Kanal hat eine gleichmäßige, im Querschnitt etwa sechseckige Form mit einem definierten Volumen. Durch den höheren Aufblähdruck erhalten auch die Seitenwände 10, 11 des Kanals die gewflnschte Form.

F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen einseitig aufgeblähten Kanal Γ" im Zustand der Endverformung. Die Oberseite des Kanals 12 verläuft parallel zur Grundfläche 13 des im wesentlichen unverformt gebliebenen Bleches aus einem Material mit höherer Festigkeit Zur Herstellung von Kanalplatten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise hochfeste Aluminiumlegierungen folgender Zusammensetzung verwendet werden:

Mn bis 2%
Zr bis 0,5%
Fe bis 1%
Si bis 0,5%
Cu bis 0,5%
Mg kleiner 0,1%
Rest Aluminium

Diese Legierung hat nach dem Walzschweißen und Glühen bei ca. 300⁰C folgende Festigkeitswerte:

Zugfestigkeit ob = 25 Kp/mm²
Streckgrenze σοι = 24 Kp/mm²
Bruchdehnung (5io = 8%

Eine andere geeignete Legierung enthält Cu, Zn, Mn, Mg und Ti je in Mengen unter 0,1 %, Silizium ca. 0,2%, Fe ca. 0,5% und Zr ca. 0,2%, Rest Aluminium. Die Festigkeitswerte dieser Legierung betragen nach dem Walzschweißen und Glühen bei ca. 300⁰C:

Zugfestigkeit ο β = 15 Kp/mm²
Streckgrenze Ooa = 13 Kp/mm²
Bruchdehnung O10 = 9%

Diese Legierungen besitzen die für hochbeanspruchte Wärmeaustauscher geforderten Eigenschaften und können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit geringen Maßtoleranzen der Kanäle aufgebläht werden.

Für die Herstellung einseitig aufgeblähter Kanalplatten können beispielsweise Bleche aus dem vorstehend genannten hochfesten, zirkonhaltigen Material mit Blechen aus zirkonfreiem Aluminium miteinander kombiniert werden. Die zirkonfreie Legierung besteht dabei aus:

Cu, Zn, Mn, Mg je unter 0,1%

Si ca. 0,15%

Ti ca. 0,02%

Fe ca. 0,5%

Rest Aluminium.

Nach dem Walzschweißen und Glühen bei ca. 300° C hat die letztgenannte Legierung folgende Festigkeitswerte:

Zugfestigkeit o_B = 9 Kp/mm²
Streckgrenze 003 = 4 Kp/mm²
Bruchdehnung οίο =38%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kanalplatten aus durch Walzen teilverschweißten Doppel- oder Mehrfachblechen durch Aufblähen des Bleches zwischen die vorzuformenden Kanäle in ihrer Ausdehnung begrenzenden starren Halteplatten mit einem ersten Druck des Arbeitsmittels in einer ersten Aufblähstufe, Absenken des Drucks, Verän dem des Halteplattenabstands und Fertigformen mit einem vom ersten Druck abweichenden Druck in einer zweiten Aufblähstufe, dadurch gekennzeichnet, daß während der ersten Aufblähstufe der Halteplattenabstand größer gewählt wird als die vorgesehene Endhöhe der Kanäle, daß nach dem Absenken des Drucks die in der ersten Stufe erreichte Kanalhöhe durch Verminderung des Halteplattenabstands verkleinert wird und daß die Kanäle in der zweiten Aufblähstufe mit einem gegenüber der ersten Aufbiähstufe erhöhten Druck des Arbeitsmittels fertiggeformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufblähdruck in der zweiten Stufe um 5 bis 80% höher ist als in der ersten Stufe.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenabstand während der ersten Aufblähstufe 10 bis 100% größer ist als die gewünschte Endhöhe der Kanäle.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Kanalplatten aus hochfestem Aluminiumlegierungen.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Kanalplatten, bei denen die teilverschweißten Doppel- oder Mehrfachbleche aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.