DE4435111C2 - Flachrohrverflüssiger für Kraftfahrzeugklimaanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flachrohrver­ flüssiger aus Aluminium für Kraftfahrzeugklimaanlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Beim Hartlöten von Flachrohrverflüssigern der hier in Frage stehenden Art hat man früher hygroskopische fluori­ dische und chloridische Flußmittel (F-LH1 nach DIN 8511) als Flußmittel eingesetzt, um die Oxidschicht am Aluminium zu lö­ sen und den Lotfluß zu verbessern. Derartige Flußmittel wur­ den in wäßriger Lösung bzw. Suspension aufgebracht, so daß man auch Lötspalte überbrücken konnte. Derartige Flußmittel sind jedoch auch nach dem Lötvorgang sehr korrosiv und müssen sorgfältig durch Waschen entfernt werden. Das Waschen mit Wasser bietet an der Außenseite der Flachrohrverflüssiger keine großen Probleme. In den Innenbereichen der Flachrohr­ verflüssiger kann es jedoch zu Rückständen kommen, wenn die Flachrohrverflüssiger solche mit parallelen Flachrohranord­ nungen sind, die mit Strömungsumkehr geschaltet sind. Daher hat sich dieses Lötverfahren eigentlich nur bei den früher verwendeten Flachrohrverflüssigern bewährt, bei denen die Flachrohre meanderförmig gebogen sind und keine Strömungstot­ räume im Flachrohrverflüssiger bilden. Die Flachrohrverflüs­ siger, auf die sich die Erfindung bezieht, weisen darüber hinaus eine Vielzahl von Lötstellen auf, während die Verflüs­ siger mit meanderförmig gebogenen Flachrohren jeweils nur an deren Ende eine Verlötung aufweisen.

Man ist daher in der letzten Zeit dazu übergegan­ gen, solche Flußmittel einzusetzen, welche nach dem Hartlöt­ vorgang an dem Flachrohrverflüssiger verbleiben können, mit der Vorstellung, daß sie dann dort nicht mehr korrosiv sind.

Derartige Flußmittel werden auf Basis nicht hygroskopischer fluoridischer Flußmittel (F-LH1 nach DIN 8511) Hauptbestand­ teil KA1F₄ in verschiedener Zusammensetzung angeboten. Als wesentlicher Vorteil dieser Art der Hartlötung wird angese­ hen, daß nachträgliches Entfernen des Flußmittels nicht mehr erforderlich sein soll. Dieses soll vielmehr so im Wärmetau­ schersystem verbleiben, wie dies etwa eingebettete Quarzteil­ chen sein würden. Als wesentlicher Vorteil wird die geringe Umweltbelastung angesehen, die bei den hygroskopischen Fluß­ mitteln sonst in recht erheblichem Maße bei deren Auswaschen auftritt. Wie bei dem vorgenannten bekannten System mit was­ serlöslichen Flußmitteln kann man weiterhin Lötspalte über­ brücken. Darüber hinaus ist das Flußmittel auf Basis von KA1F₄ nunmehr inert gegenüber üblichen inneren Wärmetausch­ fluiden eines Flachrohrverflüssigers aus Aluminium für Kraft­ fahrzeugklimaanlagen wie beispielsweise dem jetzt im allge­ meinen jetzt verwendeten chlorfreien R 134 a (CH₂F-CF₃). Es ist daher unkritisch, wenn dieses Flußmittel innerhalb des bei der Erfindung zugrundeliegenden Wärmetauschersystems ver­ bleibt, bei dem es viele innere Lötstellen gibt.

Es hat sich jedoch zwischenzeitlich gezeigt, daß die Korrosionsunempfindlichkeit derartiger Flußmittel nur un­ ter bestimmten Bedingungen tatsächlich gegeben ist, wie etwa bei Anwendung einer Opferanode oder dann, wenn die äußere und die innere Oberfläche des Wärmetauschersystems frei von elek­ trolytischen Einwirkungen gehalten wird. Diese Bedingung kann man, wie gesagt, im Innenraum des Flachrohrverflüssigers und des damit verbundenen Kreislaufes des inneren Wärmetauschme­ diums, der notwendigerweise elektrolytfrei sein muß, gewähr­ leisten.

Bei Flachrohrverflüssigern für Kraftfahrzeugklima­ anlagen kann man in der Praxis nicht ausschließen, daß die Außenoberfläche mit Wasser und Salzen aus der Umgebung kontaminiert wird, welche dann zusammen mit Wasser elektro­ lytbildend wirken. Dies ist besonders kritisch, weil Klimaan­ lagen ja bekanntlich nur saisonal und im hier vorliegenden Fall nur in der warmen Jahreszeit in Betrieb sind und die Flachrohrverflüssiger in der übrigen Jahreszeit dann kontinu­ ierlichen Korrosionseinflüssen bei der jeweils herrschenden Außentemperatur ausgesetzt sind. Schließlich verhindert ver­ bleibendes KA1F₄ auch die sonst häufig angestrebte katapho­ retische Lackierung, weil das Flußmittel nicht elektrisch leitfähig ist.

Man hat daher schon in Betracht gezogen, die Hart­ lötung überhaupt ohne Verwendung von Flußmittel durchzufüh­ ren. Hierbei hat man insbesondere an die sogenannte Hartlö­ tung unter Vakuum gedacht. Es muß dabei jedoch eine Evakuie­ rung bis in Bereich von 10^-6 torr erzeugt werden, was von vornherein einen sehr großen Aufwand bedeutet. Darüber hinaus setzt dieses Lötverfahren voraus, daß alle vorkommenden Lötspalte so eng sind, daß sie materiell aneinander anliegen. Diese Bedingung ist wegen der auftretenden Toleranzen insbe­ sondere nicht an und in Umgebung der Sammler erfüllt. Schließlich benötigt man eine eigene Art der Legierungszusam­ mensetzung der Hartlotbeschichtung der einzelnen Aluminium­ teile und zwar unter Verwendung einer auf Basis von Aluminium aufbauenden Legierung mit Magnesiumanteil. Das Magnesium dampft bei der Löttemperatur aus und reißt dabei die Oxid­ schicht des Aluminiums auf. Außerdem wirkt das abgedampfte Magnesium sauerstoffbindend in der verbliebenen Restatmo­ sphäre des Vakuums. Trotzdem hat sich gezeigt, daß diese Technik zu einer nur ungleichmäßigen Entfernung der ursprüng­ lichen Oxidschicht des Aluminiums führt. Außerdem kommt es zu einer an sich zum Schutz des hartgelöteten Aluminiums er­ wünschten spontanen Neuoxidierung. Diese ist jedoch wiederum ungleichmäßig, so daß aufwendige Nachbearbeitungsschritte wie Chromatierung oder Lackierung oder beides zusammen erforder­ lich werden.

Obwohl es sich bei den Flachrohrverflüssigern aus Aluminium für Kraftfahrzeuge bei dem hohen Verbreitungsgrad von Kraftfahrzeugklimatisierungseinrichtungen inzwischen um einen ausgesprochenen Massenartikel handelt, hat man die oben genannten Probleme bisher nicht überzeugend lösen können, ob­ wohl alle Beteiligten fieberhaft daran arbeiten. Vielmehr ha­ ben sich in der letzten Zeit Pressemitteilungen gehäuft, daß es gerade bei der jetzt in großer Breite konventionellen Ver­ wendung von Flußmitteln auf Basis von KA1F₄ doch noch zu er­ heblichen, und sei es auch nur lokalen, Korrosionsschäden im System kommt. Besonders als nachteilig wird dabei in der Öf­ fentlichkeit weniger noch die geringe Lebensdauer der Klima­ anlagen als die Gefahr des Entweichens der immer noch fluor­ haltigen inneren Wärmetauschmedien wie dem genannten R 134 a angesehen.

Bei dem üblichen Einsatz von KA1F₄-haltigen haftfä­ higen Flußmitteln hat man bisher auch schon eine Optimierung dahingehend angestrebt, daß man das Flußmittel in größerer Quantität im Sammlerbereich aufbrachte, um dort auch tole­ ranzbedingte größere Lötspalte beim Hartlöten überbrücken zu können, während man dasselbe Flußmittel in kleinerer Quanti­ tät in den Bereichen des Netzes aus Flachrohren und Zickzack­ lamellen aufbrachte, wobei jetzt auch schon bei angewandter Einspannung des Paketes aus Flachrohren und Zickzacklamellen von vornherein nur kleine Lötspalte vorhanden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Weg aufzuzeigen, welcher alle oben erwähnten Nachteile vermeiden soll.

Der seiner Art nach grundsätzlich neue Grundgedanke der Erfindung besteht darin, in dem relativ unkritischen Be­ reich des Netzes aus Flachrohren und Zickzacklamellen gänz­ lich auf irgendeine Art von Flußmitteln zu verzichten und das am Aluminium haftenbleibende Flußmittel, wie etwa das erwähn­ te Flußmittel auf Basis von KA1F₄ nur dort einzusetzen, wo es relativ unkritisch ist, aber die dort toleranzbedingten rela­ tiv großen Lötspalte überbrücken kann. Die Erfindung baut da­ bei auch auf einer bisher nicht zur Auswirkung gekommenen Er­ fahrung auf, daß ein Auswaschen von Flußmitteln, egal welcher Art, in dem sehr engen Netz der Flachrohre und Zickzacklamel­ len außerordentlich aufwendig und sehr häufig nur unvollstän­ dig ist, so daß dann sehr häufig noch eine korrosive Restge­ fahr verbleibt. Das gilt wie gesagt auch bei den Flußmitteln auf Basis von KA1F₄, die an sich als antikorrosiv angepriesen werden. Da diese Flußmittel andererseits nicht wasserlöslich sind, können sie nur höchst aufwendig aus dem genannten Netz von Flachrohren und Zickzacklamellen entfernt werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Säuren, beispielsweise Salpetersäure oder Laugen, beispielsweise Natronlauge. Der Einsatz derartiger Mittel bei großtechnischer Herstellung der erfindungsgemäßen Flachrohrverflüssiger ist wiederum aus Um­ weltgründen außerordentlich problematisch.

Selbst wenn man derartige Lösungsmittel im Bereich der Sammler außen einsetzen würde, würde man gegenüber der herkömmlichen Technik bereits eine wesentliche Verbesserung erreichen, was die erforderliche Quantität der Lösungsmittel angeht. Es hat sich jedoch sogar gezeigt, daß man unter Ein­ satz physikalischer Mittel während einer Abschreckphase nach dem Hartlöten des Flachrohrverflüssigers sogar gänzlich um die Anwendung chemischer Lösungsmittel herumkommen kann, in­ dem man etwa beispielsweise eine Art Sandstrahlverfahren mit Glaskügelchen oder auch nur die Anwendung eines Wasserstrahls unter hohem Druck vornimmt. Die im Sammlerbereich im Anschluß an die Lötspalte beispielsweise zungenartig dauerhaft ver­ bleibenden Rückstände des dort an der Innenwandfläche des Wärmetauschers weitgehend haftenbleibenden Flußmittels sind in der Umgebung des inneren Wärmetauschmediums unkritisch und werden darüber hinaus in wesentlich kleinerer Quantität als bisher auftreten, so daß auch eine Restwanderung von etwa nicht haftenden prozentualen kleineren Bestandteilen nicht mehr zu einer ernsthaften Gefährdung der kleinen Querschnitte in den einzelnen Kanälen der Flachrohre oder am Expansions­ ventil kommt.

Die vollständige Entfernung des an sich haftenden Flußmittels von der Außenseite des Flachrohrverflüssigers stellt das Optimum dar. Man erreicht durch die Erfindung aber auch bereits dann Vorteile, wenn man die an sich weitgehend inerten Reste von haftenbleibendem Flußmittel noch wie bisher an der Außenfläche des Wärmetauschers im Sammlerbereich be­ läßt, zum Beispiel, wenn man keine Nachbehandlung durch kat­ phoretische Lackierung in Betracht zieht.

Dadurch, daß im Bereich des Netzes aus Flachrohren und Zickzacklamellen von vornherein kein Flußmittel zum Ein­ satz kommt, erübrigt sich a priori auch jede Besorgnis, durch irgendwelche Nachbehandlungsschritte doch restliches Flußmit­ tel nicht aus diesem Netz entfernen zu können. Vielmehr sind insoweit Nachbehandlungsschritte gänzlich entbehrlich, so daß nur beispielsweise eine unmittelbare anschließende Lackierung auch kataphoretischer Art im Bereiche des Netzes ohne weite­ res möglich ist. Wie gesagt, kann man im übrigen die Art des Umgangs mit den Außenbereichen am Sammler und in dessen Nähe von den Anforderungen abhängig machen und benötigt dabei auch im Falle schärfster Anforderungen nur relativ einfache Nachbehandlungsmaßnahmen, insbesondere physikalischer Art.

Es ist an sich bekannt, nach DE-42 32 018 A1 an ei­ nem Sammler ein Anschlußrohr und/oder mindestens einen Halter auch mittels Aluminiumhartlot anzulöten, welches dann aller­ dings nicht von einer Plattierung des Grundmaterials Alumi­ nium des Wärmetauschers gebildet zu sein braucht. Hier kann man, da es sich um die relativ unkritischen Sammlerbereiche handelt, auch im Rahmen der Erfindung wie bisher verfahren.

Es ist daher grundsätzlich möglich, im Rahmen der Erfindung auch rohrartig einteilige Sammler zu verwenden. Diese erfordern jedoch relativ hohen Plattierungsaufwand. Au­ ßerdem machen sie es nötig, die jeweils erforderliche Trenn­ wand durch einen Schlitz im Sammler von außen her zur Verlö­ tung einzustecken, welcher der vollen lichten Weite des Samm­ lers entspricht und daher relativ großen Aufwand beim erneu­ ten Verschließen erfordert. Die Erfindung ist demgegenüber aber auch anwendbar bei solchen Flachrohrverflüssigern, bei denen wie im Falle der Fig. 13 und 15 EP-A1-0 521 489 bei einem in Umfangrichtung zweiteiligen Sammler entweder über­ haupt kein Schlitz (S. 6, Z. 10) vorhanden ist, wie man ihn zur mechanischen Fixierung und gegebenenfalls zusätzlich zur Einbringung von Flußmittel benötigt. Wenn überhaupt kein Schlitz vorhanden ist (Fig. 15 der EP-A1-0 521 489), kann man von außen das erforderliche Flußmittel immer noch durch den Lötspalt zwischen Rohrboden und ergänzender Schale des Sammlers einbringen. Dies schließt nicht aus, im Rahmen der Erfindung auch zweiteilige Sammler mit großem Schlitz im Sinne von Fig. 14 der schon genannten EP-A1-0 521 489 einzu­ setzen. Jedenfalls kann man unter Verwendung der Mehrteilig­ keit des Sammlers mit einer Plattierung nur an dem den Rohr­ boden bildenden Teil auskommen, ohne daß die ergänzende Schale mit Lot beschichtet ist.

Es erscheint auch vorteilhaft, daß man das Material für die Plattierung des Aluminiums und damit auch für das ganze bei der Erfindung zum Einsatz kommende Grundmaterial wie bisher ausgelegt werden kann, wie Anspruch 5 zeigt. Dabei verwendet man zweckmäßig bei den Zickzacklamellen eine Legie­ rung AlSix, bei der x = 5 ist, während man im Sammlerbereich wie bisher beispielsweise x = 10 wählt.

Bisher hat man beim Hartlöten mittels Flußmittel zunächst die Löttemperatur von typischerweise 590 bis 605°C allmählich aufgeheizt und dann in einer anschließenden Kühl­ zone eine allmähliche Abkühlung vorgenommen, wobei diese Kühlzone zunächst an einen Muffelofen anschließenden Kühltun­ nel und dann anschließend von einer Zone gebildet wurde, wäh­ rend derer der austretende Flachrohrverflüssiger mit Luft an­ geblasen wurde. Innerhalb des Muffelofens und des unmittelbar anschließenden Kühltunnels hat man auch schon bisher zur Ver­ meidung von unerwünschter Oxidation mit einem Schutzgas, ty­ pischerweise N₂, gearbeitet, welches in einen mittleren Be­ reich der Tunnelanlage in Richtung zu beiden Ausgängen flie­ ßend eingeblasen wird. Die Länge derartiger Muffelöfen mit anschließendem Kühltunnel ist sehr groß, typischerweise etwa 15-20 m lang. Die Verweildauer des Flachrohrverflüssigers in dieser Tunnelzone beträgt typischerweise etwa 15 Minuten. Bei Übernahme dieser Parameter kann dann zweckmäßig nach dem Aus­ tritt aus dem Tunnelsystem eine gezielte starke Abschreckung mittels Flüssigkeit, typischerweise Wasser, erfolgen. Dies bietet den Vorteil, zum einen eine gleichmäßige, den fertigen Flachrohrverflüssiger schützende neue Oxidschicht auf der Oberfläche, insbesondere der äußeren Oberfläche, des Alumini­ ums zu erzeugen und zum anderen Flußmittelreste im äußeren Sammlerbereich leicht physikalisch unter Ausnutzung der Kon­ traktion des Aluminiums beim Abschrecken absprengen zu kön­ nen.

Man kann auch vorteilhaft davon Gebrauch machen, daß sich wegen seiner kleineren spezifischen Masse das Netz aus Flachrohren und Zickzacklamellen schneller im Lötofen aufheizt, als der Sammlerbereich. Dies ermöglicht es, eine Ultraschallschweißung in dem genannten Netz zeitlich früher vornehmen und zu Ende führen zu können, ohne die konventio­ nelle Verlötung im später auf Hartlöttemperatur kommenden Sammlerbereich durch Schwingungseinwirkung des Ultraschallge­ bers nachteilig zu beeinflussen, was ungünstigstenfalls zu Störungen, insbesondere bei etwas weiteren toleranzbedingten Lötspalten führen könnte.

Es ist übliche Praxis, auch bei Verwendung eines Flußmittels das Netz aus Flachrohren und Zickzacklamellen mittels eines Spannrahmens so zusammenzuspannen, daß die Lötspalte minimal sind und vielmehr eine möglichst innige ma­ terielle Berührung der miteinander zu verlötenden Flächen ge­ geben ist. Man hat dabei auch schon in der Spannung einstell­ bare Spannrahmen verschiedener Bauart verwendet. Vorteilhaft hat sich auch bisher schon gezeigt, daß der Spannrahmen bei­ spielsweise aus V4A-Stahl, der in der Heizzone beim Löten nicht korrodiert, einen geringeren thermischen Ausdehnungs­ koeffizient als Aluminium hat, so daß während der Aufheizung des Netzes auf die Löttemperatur vom Spannrahmen eine ständig steigende Spannkraft auf das genannte Netz ausgeübt wird. Da­ durch kann man auch, wenn im Rahmen der Erfindung überhaupt kein Flußmittel in dem genannten Netz beim Verlöten zur An­ wendung kommt, eine einwandfreie Flächenberührung der mitein­ ander zu verlötenden Teile sicherstellen. Im Rahmen der Er­ findung bedeutsam ist, daß man den Spannrahmen oder eine an­ dere vergleichbare Spanneinrichtung so gewichts- und formmä­ ßig auswählt, daß der Spannrahmen zusammen mit dem genannten Netz die Eigenfrequenz einnehmen kann, die man während der Ultraschallschweißung anregen möchte, um optimale Schweißer­ gebnisse erhalten zu können.

Nun ist diese Eigenfrequenz im allgemeinen anders als die eines Ultraschallgebers wie etwas eines Konverters. Es ist daher schon bekannt, einem derartigen Ultraschallgeber jeweils einen sogenannten Booster anzuschließen, der durch seine Materialwahl und Formgebung eine Wandlerfunktion über­ nimmt. Diese Wandlerfunktion kann auch frequenzbezogen sein. Von noch größerer Bedeutung ist diese Wandlerfunktion dann, wenn man zwar Ultraschallgeber passender Anregungsfrequenz hat, aber die Amplitude ändern möchte. Mittels eines solchen Boosters wird dann ein Schwingkopf des Ultraschallgebers an­ geregt, der beispielsweise unmittelbar auf die Einheit aus Spannrahmen und Netz einwirken kann. Vorteilhaft wird jedoch in den Anregungsweg noch ein Element einer Transporteinrich­ tung des Flachrohrwärmetauschers durch den Lötofen eingezo­ gen, wobei sich besonders ein Metallgeflecht oder -netzwerk als Förderband eignet. Man kann dann durch entsprechende Ein­ stellung eines fixen oder besser eines von vornherein ein­ stellbaren Ultraschallgeberkopfes den Anpressdruck auf das Förderband nach Wahl einstellen. Es reicht aber aus, wenn das in den Schwingungsanregungsweg einbezogene Förderband glei­ tend über den jeweils mehr oder minder in den Ofen hineinra­ genden Schwingkopf bewegt wird. Allgemein kann man durch lose Ankopplung zwischen Schwingkopf und Förderband einerseits und Förderband sowie Einheit aus Spannrahmen und Flachrohrwärme­ tauscher andererseits eine solche einstellbare lose Ankopp­ lung erreichen, daß man mit relativer Unabhängigkeit von den Anregungsbedingungen optimale Verhältnisse im Bereich der Hartlötung erreicht. Wenn dort die Lottemperatur der Plattie­ rung der Zickzacklamellen erreicht wird und diese Plattierung dabei in den flüssigen Zustand übergeht, wirkt die Oxidhaut des Aluminiums immer noch als die Flüssigkeit zusammenhal­ tende Hülle, die an sich erst bei höheren Temperaturen schmelzen würde. Die Einwirkung des Ultraschalls läßt diese Umhüllung platzen und ermöglicht so eine innige Verlötung des nunmehr freiwerdenden flüssigen Lotes mit dem jeweils benach­ barten Flachrohr, welches seinerseits ja nicht mit einer Hartlotbeschichtung versehen zu sein braucht und im Normal­ fall auch nicht ist.

Im Rahmen der Erfindung kann ein sonst konventio­ neller Lötofen, wie der übliche Muffelofen, von außen her durch Ultraschallgeber durchsetzt sein, wobei mindestens ein Schwingkopf eines Ultraschallgebers erforderlich ist, aber auch mehrere eingesetzt werden können. Man kann dann von au­ ßen den Anpreßdruck durch mehr oder minder tiefen Eingriff des Schwingkopfes in den Ofen einstellen, wobei bei Verwen­ dung des metallischen Förderbandes, welches früher schon er­ örtert wurde, dabei auch der Grad der losen Kopplung wählbar ist. Um zu vermeiden, daß ferner die Hitze während der Auf­ heizstrecke des Lötvorgangs im Muffelofen nachteilige Einwir­ kungen auf die teilweise elektronischen und ebenfalls häufig temperaturempfindlichen Elemente der Ultraschallgebereinrich­ tung hat, ist diese nach außen hin über eine gewisse Strecke durch Mantelkühlung vor Überhitzungseinwirkungen geschützt. Das Ausmaß dieser zur Sicherung vorgesehenen Kühlung hängt, wie gesagt, auch von der Bauart ab. Soweit der erwähnte Boo­ ster aus Titan besteht, was eine vorzugsweise Anwendung fin­ dende Auslegung ist, mögen die Verhältnisse etwas anders sein, als bei anderen Anordnungen, die sich beispielsweise im Wärmeleitvermögen unterscheiden.

Um sicherzustellen, daß beim Flußmittelaufbringen ausschließlich der Sammler mit allen Lötspalten mit Flußmit­ tel benetzt wird und keine Flußmittelspritzer in das Wärme­ tauschernetz aus Flachrohren und Zickzacklamellen kommen, können beide Sammler des Flachrohrverflüssigers durch ein Förderband unter einem Flußmittelträufler so transportiert werden, daß über die gesamte Längserstreckung des Sammlers der Flußmittelstrahl auf der Mitte des Sammlers auftrifft.

Durch eine über die Konstruktion des Träuflers vor­ gegebene feste Höhe der Flüssigkeitssäule wird eine konstante Austrittsgeschwindigkeit, die unabhängig von allen Parametern der Kinematik der Flußmittelumwälzung ist, erreicht.

Dies ist erforderlich, da bei zu geringer Aus­ trittsgeschwindigkeit das Flußmittel nicht über den gesamten Sammler mit allen Lötspalten verteilt wird und bei zu hoher Geschwindigkeit Flußmittelspritzer auf das Netz aus Flachroh­ ren und Zickzacklamellen gelangen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemati­ scher Zeichnungen an Ausführungsbeispielen noch mehr erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Flachrohrverflüs­ siger in Strömungsrichtung der Außenluft im fahrenden Kraft­ fahrzeug;

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt durch den Anschlußbereich eines Sammlers und eines Flachroh­ res;

Fig. 3a und 3b im unverlöteten und verlöteten Zu­ stand im nochmals vergrößertem Maßstab den Anschlußbereich einer Zickzacklamelle an die Außenwand eines Flachrohres;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen zum Ultra­ schallhartlöten dienenden Muffelofen;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Ofen gemäß Fig. 4 mit unmittelbar anschließendem Tunnel und zugeordnetem Temperaturverlaufdiagramm, einmal bezogen auf das Netzwerk von Flachrohren und Zickzacklamellen und das andere mal bezo­ gen auf den Sammlerbereich;

Fig. 6 eine Darstellung der Zuordnung des Ultra­ schallgebers mit den Elementen der Schallanregung bis zu dem im Lötofen befindlichen Flachrohrwärmetauscher;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Flußmittelträuflers und des auf dem Förderband in Querrichtung geführten Flachrohrverflüssigers.

Der im ganzen in Fig. 1 ersichtliche Flachrohrver­ flüssiger aus Aluminium für Kraftfahrzeugklimaanlagen weist eine Reihe zueinander paralleler Flachrohre 2 auf, welche mit ihren Flachseiten einander zugekehrt sind und deren Quer­ schnitt in nicht dargestellter Weise in eine Reihe nebenein­ anderliegender Innenkanäle unterteilt ist. Zwischen den ein­ ander zugewandten Flachseiten der Flachrohre 2 sind sandwich­ artig Zickzacklamellen 4 eingeschachtelt. Die Flachrohre 2 weisen nebeneinanderliegende Enden 6 auf, die jeweils in ei­ nen Schlitz 8 (vgl. Fig. 2) im Rohrboden 10 eines Sammlers 12 eingesteckt sind. Es sind an den beiden Enden der Anordnungen der Flachrohre 2 zwei Sammler 12 angeordnet. Der eine von ih­ nen, der auch die Anschlüsse 14 und 16 für den Ein- und den Austritt des inneren Wärmetauschfluids trägt, weist eine zen­ trale Trennwand 18 auf. Das innere Wärmetauschfluid strömt somit vom Strömungseinlaß 14 durch die an der eingangsseiti­ gen Hälfte des mit den Anschlüssen versehenen Sammlers ange­ schlossenen Flachrohre 2 in den anderen Sammler und von dort zurück zum Auslaß 16.

Beide Sammler 12 sind ferner mit als Halter 20 zum Einbau im Kraftfahrzeug dienenden Laschen versehen.

An den beiden Enden der Sammler 12 ist jeweils eine Abschlußwand 22 im Sammler angeordnet, die im Sammler genauso wie die Trennwand 18 montiert sein kann.

Wie aus Fig. 2 ferner ersichtlich ist, ist der Sammler 12 aus zwei Teilen in Umfangsrichtung zusammengesetzt und zwar aus dem bereits erwähnten Rohrboden 10 und einer Er­ gänzungsschale 24.

Zwischen den jeweiligen Flachrohren 2 einerseits und dem Rohrboden 10 andererseits ist ein Lötspalt 26 ausge­ bildet. Ein weiterer Lötspalt ist zwischen der Ergänzungs­ schale 24 sowie dem Anschlußrohr 14 oder 16 ausgebildet.

Ein weiterer Lötspalt besteht zwischen dem Rohrbo­ den 10 und der Ergänzungsschale 24 und zwar genaugenommen je ein Lötspalt zu beiden Seiten der Flachrohre 2. Fernerhin be­ steht ein Lötspalt zwischen der Sammlerinnenfläche einerseits und der Trennwand 18 oder der in gleicher Weise befestigten Abschlußwand 22. Diese anhand von Fig. 2 angesprochenen Lötspalten können relativ groß geraten, da die beteiligten Teile relativ große gegenseitige Toleranzen zeigen.

Schließlich kommt es zu einer Verlötung zwischen Zickzacklamellen 4 und den Flachrohren 2, wie es in Fig. 3a in noch nicht verlötetem Zustand und Fig. 3b im verlöteten Zustand dargestellt ist.

Mit Ausnahme der Lötverbindung zwischen dem Rohr 14 oder 16 einerseits und der Ergänzungsschale 24 andererseits, wo ein eigener Hartlotring 28 außen oberhalb des Lötspalts im noch nicht verlöteten Zustand nach Darstellung von Fig. 2 aufgelegt ist, kommt es über eine jeweils beidseitige Hart­ lotplattierung mindestens eines beteiligten Teiles zur Verlö­ tung.

Als Grundmaterial, welches plattiert wird, wird re­ lativ reines Aluminium verwendet, wie beispielsweise nach der amerikanischen Norm die Typen AA 3102 und 3003 (AlMn1 nach DIN 1725 und AlMnCu nach DIN 1725). Die Plattierung erfolgt dadurch, daß das Grundmaterial und zu beiden Seiten aufge­ brachte Blöcke des Plattierungsmaterials gemeinsam flach aus­ gewalzt werden. Das als Hartlot wirkende Plattierungsmaterial hat einen deutlichen Anteil von Si. Der potentiale Anteil x (vgl. Anspruch 5) setzt dabei je nach den Erfordernissen den Schmelzpunkt herab, damit das Aluminiumhartlot bereits zu ei­ nem die Hartlötung ermöglichenden Flüssigkeitszustand kommt, ehe das Grundmaterial Gefahr läuft, seinerseits zu erweichen. Jede Plattierungsschicht hat etwa 1/10 der Dicke des Basisma­ terials im Fertigungszustand.

Insbesondere beidseitig mit dem genannten Hartlot plattiert sind folgende Bauelemente: Der Rohrboden 10, die zentrale Trennwand 18, die Abschlußwände 22 sowie die Zick­ zacklamellen 4. Die anderen Bauelemente können aus dem reinen Basismaterial bestehen. In Fig. 3b ist veranschaulicht, wie nach dem Hartlöten das ursprüngliche Plattierungsmaterial der Lamelle 4 gegen die benachbarte Flachseite des Flachrohrs 2 als Hartlot 30 verlaufen ist. Entsprechende Verläufe erhält man an den anderen Lötspalten oder Lötstellen (Lötring 28).

Die als Hartlot dienenden Plattierungsschichten sind der Einfachheit halber mit Ausnahme von Fig. 3a nicht dargestellt, wo die betreffende Plattierungsschicht 32 beid­ seitig von der Grundschicht 34 zu erkennen sind. Bei den an­ deren beidseitig plattierten Elementen sind die Verhältnisse analog.

Die Hartlötung und zwar sowohl die Ultralötung des Netzes aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4, als auch die ein haftendes Flußmittel auf Basis KA1F₄ verwendende Verlö­ tung im Bereich der Sammler 12 erfolgt in einem Muffelofen 34, durch den der hartzuverlötende Flachrohrwärmetauscher in dessen Längsrichtung aus einem Edelstahlnetz bestehenden end­ losen Förderband 36 transportiert wird, dessen eines Drum durch den Muffelofen läuft und dessen anderes Drum außerhalb des Muffelofens zurückläuft. Die Führung des Förderbandes 36 erfolgt dabei über Umlenkrollen 38, von denen eine angetrie­ ben ist.

Rechtwinklig zur Anordnung der Sammler 12 ist das Netz aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 von einem eben­ falls aus Edelstahl bestehenden Spannrahmen 40 gehalten, des­ sen Spannkraft einstellbar ist und sich beim Aufheizvorgang wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizi­ enten von auf Eisen basierendem Material und von auf Alumi­ nium basierendem Material verstärkt. Es reicht dabei aus, in der ursprünglichen Montage das Netz aus Flachrohren und Zick­ zacklamellen mit losem Preßsitz einzulegen. Selbst dann er­ hält man überall, wo dies erforderlich ist, eine feste Ver­ pressung zwischen den Flachseiten der Flachrohre 2 und den Umlenkscheiteln der Zickzacklamellen 4, wie dies in den Fig. 3a und 3b als linienförmige Anlage veranschaulicht ist. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß die Zickzacklamellen selbst insbesondere im warmen Zustand eine gewisse Nachgie­ bigkeit besitzen, welche die materielle Anlegung der aneinan­ der zu lötenden Flächen fördert. Es empfiehlt sich dabei, den Spannrahmen so zu verstreben und gegebenenfalls bei Verstell­ barkeit zu führen, daß die Spannkraft über die ganze Breite des Bereichs zwischen den beiden Sammlern gleichmäßig aufge­ bracht wird.

Der Spannrahmen selbst wird zweckmäßigerweise aus Hohlprofilen gebildet, wie dies in Fig. 4 durch Darstellung von Kastenprofilen zeichnerisch verdeutlicht ist. Die Quer­ versteifung dieser Kastenprofile und gegebenenfalls zugleich deren Verstellbarkeit zueinander wird durch weitere Kasten­ profile oder C-Profile gebildet, die rechtwinklig zu den Ka­ stenprofilen verlaufen, welche die eigentliche Einspannfunk­ tion haben. Diese Querversteifungen sind dabei unterhalb des Netzwerkes aus Flachrohren und Zickzacklamellen angeordnet und dienen zugleich zur sockelartigen Auflagerung der Einheit aus Spannrahmen 40 und Flachrohrwärmetauscher auf dem Förder­ band 36. Wegen der losen Auflage ist dabei die Koppelung ebenfalls lose und nicht etwa fixiert.

In der Zone, in der innerhalb des Muffelofens 34 die Ultraschallverlötung des Netzwerkes aus Flachrohren 2 und Zickzacklamellen 4 erfolgt, greift durch eine Öffnung 42 im Hoden 44 des Muffelofens 34 eine Anordnung aus zwei Schwing­ köpfen 46 von der Außenseite des Muffelofens aus in dessen Innenraum ein. Die Schwingköpfe 46 sind jeweils über einen Booster 48 mit einem Ultraschall aussendenden Schwingungser­ zeuger 50 (oder Konverter) gekoppelt, wobei wiederum eine lose Koppelung zwischen dem jeweiligen Schwingkopf 46 und dem Förderband 36 besteht. Das Ausmaß der losen Kopplungen kann man durch Einstellung der Eingrifftiefe dieser Ultraschall erzeugenden Gesamteinrichtung einstellen. Schwingungserzeu­ ger, Booster und Schwingköpfe können aneinander befestigt sein.

Der Verfahrensablauf der Hartlötung ist anhand des Längsschnittes gemäß Fig. 5 der Einrichtung nach Fig. 4 ver­ deutlicht.

Man erkennt, daß die im Schnitt nach Fig. 4 vorge­ sehene Anordnung an der Stelle längs der Achse des Muffel­ ofens 34 vorgesehen ist, wo gemäß dem strichpunktierten Dia­ gramm bereits das Hartlot der Plattierung der Zickzacklamel­ len flüssig wird, während die Verflüssigung des Hartlots der Plattierungen der anderen erwähnten Elemente erst gemäß der ausgezogen dargestellten Kurve später erfolgt und zwar etwa dort, wo im Längsschnitt das Schutzgas N₂ in den Muffelofen 34 eingeblasen wird, um dann in beiden Längsrichtungen des Muffelofens vorwärts und rückwärts zu strömen. Dementspre­ chend reicht die Aufheizzone im Muffelofen bis zu dem Be­ reich, wo mittels des Flußmittels die Verschweißung im Be­ reich der Sammler erfolgt, während die Hartlotschicht im Netz zwischen Flachrohren und Zickzacklamellen bis dahin flüssig gehalten wird. Daran schließt sich in axialer Verlängerung des Muffelofens als Baukörper unmittelbar ein in seiner Man­ telfläche mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagter Kühltunnel 54 an. Nach dem Austritt des Flachrohrwärmetauschers, bei dem das Hartlot bereits erstarrt ist, wird er durch eine von Flüssigkeit, normalerweise Wasser, über Sprühdüsen 56 beauf­ schlagte Abschreckzone geführt, und zwar zur Wärmeentkopplung auf einem weiteren umlaufenden anschließenden Förderband 58, das wiederum durch Umlenkrollen 60 geführt ist, von denen eine angetrieben ist. Dieses Förderband kann wiederum metal­ lisch sein, z. B. aus Edelstahl, ohne daß die Anforderungen hier temperaturmäßig so kritisch sind, wie innerhalb des Muf­ felofens 34 und mit Abstrichen auch noch im Kühltunnel 54.

Fig. 6 zeigt die elastische Aufhängung des Schwin­ gungserzeugers am Knotenpunkt 62, bei dem die stehende Welle auf dem Booster 48 einen Nulldurchgang hat. Um eine defi­ nierte Anlage zwischen Förderband 36 und Schwingungskopf 46 auch bei deformiertem Förderband 36 zu erhalten, wird das Förderband 36 zunächst über einen Keil 64 angehoben, um dann noch gleitend über den Schwingkopf 46 geführt zu werden, der geringfügig über den Keil 46 in den Muffelofen hineinragt. Um Schwingungsbrüche zu vermeiden, ist der Schwingungserzeuger über eine weitere elastische Entkoppelung 64 am Boden 44 des Muffelofens 34 befestigt.

Da sowohl die Gummientkopplung bei der elastischen Aufhängung 62 als auch der Schwingungserzeuger 50 temperatur­ empfindlich sind, ist der Booster mit einer Mantelkühlung 66 versehen, durch den gasförmiger Stickstoff im Gegenstrom zum Temperaturgradienten des Boosters geführt wird.

Der Stickstoff tritt unterhalb des Bodens 44 aus und verhindert so ein Eindringen von Umgebungsluft in den Muffelofen 34, auch wenn dieser nicht unter Überdruck steht.

Der Schwingungserzeuger ist zur Abführung der elek­ trischen Energie zusätzlich mit einer umhüllenden Luftkühlung versehen, die ebenfalls auch mit Stickstoff betrieben werden kann.

Der Flußmittelträufler 70 nach Fig. 7 wird über den Zulauf 72 gefüllt. Durch die Austrittshöhe des Überlaufs 74, der mindestens den dreißigfachen Querschnitt des Zulaufs 72 hat, wird weitgehend unabhängig vom Förderstrom der Flußmit­ telwälzpumpe eine konstante statische Höhe y des Flußmittel­ standes im Träufler eingestellt. Der Austrittsstrahl des Zu­ laufes 72 wird so tangential in den Flußmittelträufler 70 ge­ führt, daß durch die Strömung einerseits ein Absetzten der Flußmittelsuspension im Träufler 70 vermieden und anderer­ seits kein pulsierender Staudruck auf das Austrittsrohr 76 gelangt, der zu unerwünschten Geschwindigkeitsänderungen führt. Im Austrittsrohr 76 wird über eine Reinigungseinrich­ tung 78 ein Ansetzen von festem Flußmittel verhindert und so­ mit ein konstanter Querschnitt garantiert.

Um das Spritzen des Flußmittelstrahls 78 zu vermei­ den, ist das Ende des Austrittsrohres im geringen Abstand zum Sammler 12 fixiert.

Durch eine Führung 80 wird der im Spannrahmen vor­ montierte Flachrohrverflüssiger so durch das Förderband 36 transportiert, daß der Flußmittelstrahl 78 direkt auf der Mitte des Sammlers 12 auftrifft.

Claims (5)

1. Flachrohrverflüssiger aus Aluminium für Kraftfahr­ zeugklimaanlagen, bei dem die Flachrohre (2) mit mindestens einer Strömungsumkehr zwischen zwei Sammlern (12) parallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich
sandwichartig eingeschachtelte Zickzacklamellen (4) als Verrippung tragen, wobei
die Flachrohre (2) jeweils in einen Schlitz (8) im Rohrboden (10) des jeweiligen Sammlers (12) eingreifen,
in mindestens einem Sammler (12) mindestens eine Trennwand (18) zur Unterteilung in ein- und austrittsseitige Sammlerabschnitte eingesetzt ist,
an den Sammlern (12), den Zickzacklamellen (4) und der jeweiligen Trennwand (18) jeweils eine Plattierung (32) mit einem Hartlot (30) auf Aluminiumbasis aufgebracht ist,
die Verbindungen an den Lötspalten (26) zwischen dem Sammler (12) und den Flachrohren (2) sowie der jeweiligen Trennwand (18) sowie zwischen den Flachrohren (2) und den Zickzacklamellen (4) über die Plattierungen hartgelötet sind
und ein Flußmittel für das Hartlöten vorgesehen ist, das mindestens gegenüber dem inneren Wärmetauscherfluid sowie gegenüber Wasser unlöslich ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Flußmittel nur im Sammlerbereich des Flachrohrver­ flüssigers im Bereich der Lötspalte (26) angeordnet ist.

2. Flachrohrverflüssiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Sammler (12) ein An­ schlußrohr (14, 16) und/oder mindestens ein Halter (20) durch ein von der Plattierung (32) unabhängiges Hartlot (28) auf Aluminiumbasis angelötet ist.

3. Flachrohrverflüssiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (12) in Umfangsrich­ tung mehrteilig aus Rohrboden (10) und Ergänzungsschale (24) zusammengesetzt ist und nur der Rohrboden (10) mit der beid­ seitigen Plattierung (32) versehen ist.

4. Flachrohrverflüssiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Trennwand (18) in einen Schlitz im Rohrboden (10) eingepreßt ist, der kleiner als der Innendurchmesser des Sammlers (12) bemessen ist.

5. Flachrohrverflüssiger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartlot eine AlSi_x- Legierung mit x = 5 bis 12 ist.