DE3324915C2

DE3324915C2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks

Info

Publication number: DE3324915C2
Application number: DE19833324915
Authority: DE
Inventors: Georg 8031 Gröbenzell Breitmoser; Wilhelm 8901 Aystetten Vogel
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1982-08-14
Filing date: 1983-07-09
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE3324915A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum unlösbaren Verbinden von diskreten Bauteilen mit Hilfe eines Verbindungsmaterials werden die zu verbindenden Bauteile in einer Hohlform in ausgerichteter Weise angeordnet und die Zwischenräume zwischen der Hohlform und den Bauteilen durch ein sinterfähiges Metallpulver ausgefüllt. Nach einem Erwärmen der Anordnung auf Sintertemperatur des Metallpulvers entsteht ein fester Sinterkörper mit zumindest teilweise eingelagerten, fest miteinander verbundenen Bauteilen aufgrund einer Diffusionsverbindung. Nach einem derartigen Verfahren lassen sich insbesondere Wärmetauscherblöcke auf einfache Weise herstellen, ohne daß die einzelnen Bauteile formgenau vorbearbeitet werden müssen.

Description

a) Die Profüröhrchen werden mit ihren Enden in ausgerichteter Weise in einer Hohlform angeordnet, deren Boden die Negativform des Sammelrohrs ausbildet.

b) Die Hohlform wird mit einer Schicht aus vorzugsweise pulverförmigen Sintermetall aufgefüllt, wobei Vorsorge getroffen ist, daß kein Sintermetall in die offenen Enden der Profilröhrchen eindringen kann.

c) Die Hotiiorm samt Profilröhrchen und Sintermetall wird einer solchen Wärmebehandlung unterzogen, daß das Sintermetall die Wand des Sammelrohrs bildend versintert, wonach die Hohlform entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Eindringens von Sintermetall in die offenen Enden der Profilröhrchen auf dem Grund der Hohlform zunächst eine Schicht aus nicht sinterfähigem Pulver aufgebracht wird und die Profilröhrc^en mit ihren offenen Enden in diese nicht sinterfähige Pulverschicht hineingesteckt werden.

3. Verfahren nach Ansp·veh I oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermetall in einer organischen Flüssigkeit suspendiert als Schlicker in die Hohlform eingebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilröhrchen abschnittweise mit einer dem gewünschten Abstand der Profilröhrchen untereinander entsprechenden Metallspritzschicht vergehen und in einer zusammengehaltenen Packung in die Hohlform eingesetzt werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks mit wenigstens einem Sammelrohr und einer Vielzahl unlösbar daran angeschlossener Profilröhrchen, die untereinander nur geringen Abstand aufweisen.

Ein Wärmetauscher dieser Gattung ist aus der DE-OS 07 810 (Fig. 1) bekannt. Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Wärmetauscherblöcken der vorgenannten Bauart sehen vor, daß die Profilröhrchen in entsprechend profilierte Öffnungen des Sammelrohrs eingelötet, geschweißt oder geklebt werden. Hierzu müssen die Verbindungsflächen vorher einander genau angepaßt werden. Je nach Ausführung und Anforderung der Bauteile verlangt dies die Einhaltung sehr enger Toleranzen an der Verbindungsstelle. Eine entsprechend formgenaue und kostspielige Bearbeitung der zu verbindenden Bauteile, üblicherweise durch spanabhebende Bearbeitung, ist die Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dein eine ir.muvn;iiiv"· Be.irbciiiüiL' der /w

Bauteile mit vergleichsweise engen Toleranzgrenzen entfällt und dennoch eine feste unlösbare Verbindung zwischen den Bauteilen mit herstellungsteclhnisch einfachen Mitteln erzeugbar ist

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß das Herstellungsverfahren folgende Verfahrensschritte umfaßt:

a) Die Profilröhrchen werden mit ihren Enden tu ausgerichteter Weise in einer Hohlform angeordnet, deren Boden die Negativform des Sammelrohrs ausbildet.

b) Die Hohlform wird mit einer Schicht aus vorzugsweise pulverförmigem Sintermetall aufgefüllt, wobei Vorsorge getroffen ist, daß kein Sintermetall in die offenen Enden der Profilröhrchen eindringen kann.

c) Die Hohlform samt Profilröhrchen und Sintermetall wird einer solchen Wärmebehandlung unterzogen, daß das Sintermetall die Wand des Sammelrehrs bildend versintert, wonach die Hohlform entfernt wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Her-Stellungsverfahrens ist darin zu sehen, daß in erheblichem Umfang eine Vorbearbeitung sowohl der Profilröhrchenenden als aut-h eines Sammelrohres entfällt. Ein anderer Vorteil liegt darin, daß die Gefahr von Undichtigkeiten an der Verbindungstelle zwischen den Profilröhrchenenden und der Sammelrohrwand infolge einer fehlerhaften Fügetechnik praktisch vollständig ausgeschaltet ist.

Zwar kennt man nach dem Stand der Technik Sinterverbindungsverfahren, mit denen Bauteile zusammengefügt werden. Aus der GB-PS 14 08 145 ist es bekannt, die Zwischenstege einer Honigwabenstruktur mit den Außenplatten durch Sinterung zu verbinden. Aus der DE-PS 28 34 222 ist es bekannt, Turboschaufeln mit Rotorscheiben dadurch zu verbinden, daß die Schaufelfüße in kavernenartige Hohlräume der Rotorscheibe eingesintert werden. In beiden vorveröffentlichten Druckschriften handelt es sich jedoch um Herstellungsverfahren, bei denen jeweils zwei vorgefertigte und bearbeitete Bauteile miteinander durch Sintern verbunden werden, während erfindungsgemäß nur ein vorgefertigtes Bauteil, nämlich das Profilröhrchen, vorliegt, während das andere Bauteil, nämlich das Sammeirohr, erst durch das Sintern entsteht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä-Ben Verfahrens besteht darin, daß zur Verhinderung des Eindringens von Sintermetall in die offenen Enden der Profilröhrchen auf dem Grund der Hohlform zunächst eine Schicht aus nicht sinterfähigem Pulver aufgebracht wird und die Profilröhrchen mit ihren offenen Enden in diese nicht sinterfähige Pulverschicht hineingesteckt werden. Auf das nicht sinterfähige Pulver wird dann das sinterfähige Metallpulver eingebracht und anschließend die Sinterung vorgenommen. Das nicht sinterfähige Pulver läßt sich von dem fertig gesinterten Wärmetauscherblock leicht abklopfen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Sintermetall in einer organischen Flüssigkeit (z. B. Alkohol, Hexan) suspendiert als Schlicker in die Hohlform eingebracht wird. Der Schlicker dringt schneller und zuverlässiger in die Zwischenräume zwischen den Röhrchen ein, besonders dann, wenn diese Zwischenräume nur sehr schmale Sralie sinti.

Eine exakte Ausrichtung der einzelnen Profilröhrchen für die Sinterung wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß die Profilröhrchen abschnittweise mit einer dem gewünschten Abstand untereinander entsprechenden Metallspritzschicht versehen und in einer zusammengehaltenen Packung in die Hohlfonn eingesetzt werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Profilröhrchen untereinander gleiche Zwischenräume aufweisen, und es ist zusätzlich sichergestellt, daß das Röhrchenmaterial selbst vor Reibkorrosion geschützt ist. ι ο

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematisthen Schnitt durch eine erfindungsgemäß verwendete Hohlform mit eingebrachten Profilröhrchen,

F i g. 2 einen, schematischen Querschnitt der Anordnung nach F i g. 1 in Höhe der sinterfähigen Metallpulverschicht,

F i g. 3 ein ganzes U-förmiges Profilröhrchen in Seitenansicht,

F i g. 4 eine besondere Ausgestaltung einer Hohiform in einer Perspektivansicht, und

F i g. 5 eine weitere Ausgestaltung einer Hohlform in perspektivischer Ansicht.

In F i g. 1 ist in schematischer Schnittansicht eine Hohiform 2 in Form einer Keramikschale gezeigt, wobei aus Gründen der einfachen Darstellung die Hohlform einen ebenen Boden aufweist Die Keramikschale besteht z. B. aus SiC oder AI2O3.

In der Keramikschale 2 befindet sich ein nicht sinterfähiges (»sinterneutrales«) Pulver 6, beispielsweise AI₂O₃.

Die zu verbindenden Profilröhrchen 1 werden von oben in die oben offene, seitlich geschlossene Hohiform

2 eingebracht, wobei die unteren offenen Röhrchenenden 7 in das sinterneutrale Pulver 6 gesteckt werden. Die in die Form eingebrachten Profilröhrchen werden

in der gewünsctften Weise zueinander ausgerichtet, und zwar durch Fixierungshilfen, die in F i g. 1 nicht dargestellt sind.

Anschließend wird das sinterfähige Metallpulver 3 in die Hohlform 2 eingebracht, wobei sämtliche Zwischenräume den eingesetzten Profilröhrchen 1 ausgefüllt werden. Da die unten offenen Enden der Bauteile 1 in das sinterp.eutrale Pulver 6 hineinragen, kann kein Metallpulver in die Profilröhrchen 1 eindringen, wie dies beispielsweise der F i g. 2 zu entnehmen ist.

Die fixierten Profilröhrchen werden nun zusammen mit der äußeren Hohlfo'."m 2 und den Pulverschichten 6 und 3 gemäß Anordnungen nach F i g. 1 auf Sintertemperatur ervärmt und dadurch die Metallpulver-Schicht

3 (im Gegensatz zum sinterneutralen Pulver 6) gesintert.

Es entsteht ein Sinterkörper aufgrund einer Diffusionsverbindung mit fest eingelagerten Bauteilen 1. Gegebenenfalls wird eine Nachverdichtung vorgenommen.

Anschließend wird die äußere Hohiform 2 und auch die weiterhin pulverförmige Schicht 6 entfernt.

In Fig.3 ist ein ganzes U-förmiges Profilröhrchen eo dargestellt, wie es in großer Anzahl zur Bildung eines Wärmetauscherblockes verwendet wird. Die einzelnen Profilröhrchen sind an oberen und unteren Abschnitten umfangsmäßig mit einer Metallspritzschicht 4 versehen, so daß dicht nebeneinander gepackle Kühlröhrchen in einem (geringen) Abstand gehalten werden, wodurch Zwischenräume entstehen, die mit sinterfähigein Pulver ausgefüllt werden können. Die Metallspritzbeschichtung der Profilröhrchen sorgt ferner dafür, daß die Bauteile keiner Reibkorrosion unterliegen.

In F i g. 4 ist schematisch ein weiteres A'Jsführungsbeispiel einer Hohlform 2 in Perspektivansicht gezeigt. Die Hohlform 2 besitzt einen erhabenen Innenbereich 8 mit einer Vielzahl von Durchbrüchen 9, durch die die unteren Enden von zu verbindenden Profilröhrchen 1 gesteckt werden können. Die Anordnung der Durchbrüche 9 bestimmt die Endlage zu verbindender Bauteile.

Der erhabene Innenbereich 8 der Hohiform 2 aus Keramik ist im Querschnitt so ausgebildet, daß unterseitig eine Längsaussparung 10 entsteht, in der eine (verschiebliche) Keramikschiene 11 angeordnet ist Die Keramikschiene 11 dient als Längenanschlag durchgesteckter Bauteile 1 durch die Durchbrüche 9 des erhabenen Bereichs.

Ersichtlich dient die Hohlform 2 gemäß F i g. 4 zur Schaffung eines Wärmetauscherblocks mit einem Rechteck-Sammelrohr entsprechend der Querschnittsausbildung des erhabenen Innenbereichs 8 der Form.

Die in Fig.5 perspektivische in einem Teilbereich gezeigte Hohlform 2 umfaßt zwei L«ienbereiche 8 mit Durchbrüchen 9, wobei untere Längsausparungen 10 vorgesehen sind, in denen Keramikstäbe 12 eingelagert sind. Die Keramikstäbe 12 entsprechen der Keramikschiene 11 der Fig.4. Durch die Anordnung gemäß F i g. 5 wird die Herstellung eines Wärmetauscherblocks mit zwei runden Sammelrohren ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherblocks mit wenigstens einem Sammelrohr und einer Vielzahl unlösbar daran angeschlossener Profilröhrchen, die untereinander nur geringen Abstand aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: