DE9421172U1 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
Hanau, den 29.03.1995 SSR/Pr/ec/P0304 4.SAMHanau, 29.03.1995 SSR/Pr/ec/P0304 4.SAM
"Wärmetauscher""Heat exchanger"
Die Erfindung betrifft einen gelöteten Wärmetauscher auf Aluminium-Basis.The invention relates to a brazed aluminum-based heat exchanger.
Sowohl die Schwierigkeiten beim Löten von Aluminium-Werkstoffen als auch die Verwendung der Werkstoffe für Wärmetauscher sind nicht neu. Zu den Schwierigkeiten beim Löten gehört z. B. die Bildung von heterogenen Lötzonen, die die Korrosionsbeständigkeit durch Lokalelementbildung stark herabsetzen können (deutsche Patentschrift 1 217 734). Zur Vermeidung der mit dem Lötvorgang verbundenen Schwierigkeiten wird in DE 31 17 661 A1 vorgeschlagen, bei der Herstellung von Aluminium-Wärmetauschern, besonders von Benzinkühlern für Einspritzmotoren, anstelle des Lötens O-Ringdichtungen und Bördelungen zu benutzen.Both the difficulties in soldering aluminum materials and the use of the materials for heat exchangers are nothing new. The difficulties in soldering include, for example, the formation of heterogeneous soldering zones, which can significantly reduce corrosion resistance through the formation of local elements (German patent specification 1 217 734). To avoid the difficulties associated with the soldering process, DE 31 17 661 A1 proposes using O-ring seals and flanges instead of soldering when producing aluminum heat exchangers, especially gasoline coolers for injection engines.
Aus DE 31 27 980 C2 ist ein für Rohre von hartgelöteten Wärmetauschern bestimmter korrosionsbeständiger Verbundwerkstoff aus einer plattierten AIuminium-Kernlegierung bekannt. Die Kernlegierung besteht aus einer 0,2 - 2 % Kupfer enthaltenden Aluminium-Legierung, der Plattierwerkstoff aus Reinaluminium, einer Aluminium-Mangan- oder einer Aluminium-Magnesium-Siüzium-Legierung. Die Plattierschicht aus dem Plattierwerkstoff bildet als Opferanode die Innenseite der Wärmetauscherrohre, die auf ihrer Außenseite einen Hartlötwerkstoff aufweisen können. Die Wärmetauscherrohre werden aus den platten- beziehungsweise blechförmigen oder streifenförmigen Verbundwerkstoffen mit Hilfe des Nahtschweißverfahrens hergestellt und durch Hartlöten mit den Rippen verbunden. Sie eignen sich besonders für Automobilkühler und Heizvorrichtungen.DE 31 27 980 C2 discloses a corrosion-resistant composite material made of a clad aluminum core alloy intended for tubes of brazed heat exchangers. The core alloy consists of an aluminum alloy containing 0.2 - 2% copper, the clad material consists of pure aluminum, an aluminum-manganese or an aluminum-magnesium-silicon alloy. The clad layer made of the clad material forms the inside of the heat exchanger tubes as a sacrificial anode, which can have a brazing material on their outside. The heat exchanger tubes are made from the plate-shaped, sheet-shaped or strip-shaped composite materials using the seam welding process and are connected to the fins by brazing. They are particularly suitable for automobile radiators and heating devices.
-2--2-
In DE 34 33 984 C2 wird ein evakuiertes und zu einem Bruchteil mit Wasser als flüssigem Wärmeträgermedium befülltes Wärmerohr aus Aluminium oder Stahl beschrieben. Das Wärmerohr ist innenseitig allseits mit einem vollständig geschlossenen flüssigkeitsdichten Überzug aus wasserbeständigem Metal! versehen. Der etwa 10-30 Mikrometer starke Innenüberzug besteht besonders aus Kupfer, Nickel, einer Kupfer-Nickel-Legierung oder einem Hartlotmaterial. Zur Herstellung des Wärmerohres wird ein durch Strangpressen erhaltenes Rohrteil aus Aluminium verwendet. Der Überzug kann auf chemische Weise oder galvanisch aufgebracht werden; auch ein Druckplattieren oder ein Lötplattieren unter Verwendung entsprechend geformter dünner Metallfolien ist möglich. Insbesondere bei der Lötplattierung kann als Überzugsmaterial auch ein Hartlotmaterial verwendet werden.DE 34 33 984 C2 describes an evacuated heat pipe made of aluminum or steel, which is partially filled with water as a liquid heat transfer medium. The heat pipe is provided on all sides with a completely closed, liquid-tight coating made of water-resistant metal. The inner coating, which is around 10-30 micrometers thick, consists primarily of copper, nickel, a copper-nickel alloy or a brazing material. To produce the heat pipe, an aluminum tube section obtained by extrusion is used. The coating can be applied chemically or galvanically; pressure plating or solder plating using appropriately shaped thin metal foils is also possible. A brazing material can also be used as a coating material, particularly for solder plating.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen unter Anwendung des Weichlötens hergestellten Wärmetauscher auf Aluminium-Basis zu finden.The invention is based on the object of finding an aluminum-based heat exchanger manufactured using soft soldering.
Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß ein gelöteter Wärmeaustauscher auf Aluminium-Basis, hergestellt aus einem metallischen Verbundwerkstoff in Bandform ausThe solution to the problem is, according to the invention, a brazed heat exchanger based on aluminium, made from a metallic composite material in strip form made of
a) aluminiumhaltiger Grundschicht und einseitig darauf aufgebrachter Beschichtung aus einer kupferhaltigen Schicht und einer Weichlot-Schicht, wobei die kupferhaltige Schicht zwischen Grundschicht und Weichlot-Schicht angeordnet ist,a) aluminium-containing base layer and a coating applied to one side of it consisting of a copper-containing layer and a soft solder layer, the copper-containing layer being arranged between the base layer and the soft solder layer,
b) aluminiumhaltiger Grundschicht, einseitig darauf aufgebrachter Beschichtung aus einer kupferhaltigen Schicht und einer Weichlot-Schicht, wobei die kupferhaltige Schicht zwischen Grundschicht und Weichlot-Schicht angeordnet ist, und einer zusätzlichen kupferhaltigen Schicht auf der der Beschichtung gegenüberliegenden Oberfläche und/oderb) aluminium-containing base layer, a coating of a copper-containing layer and a soft solder layer applied to one side, the copper-containing layer being arranged between the base layer and the soft solder layer, and an additional copper-containing layer on the surface opposite the coating and/or
c) aluminiumhaitiger Grundschicht und beidseitig darauf aufgebrachter Beschichtung aus einer kupferhaltigen Schicht und einer Weichlot-Schicht, wobei die kupferhaltige Schicht zwischen Grundschicht und Weichlot-Schicht angeordnet ist.c) aluminium-containing base layer and a coating applied to both sides consisting of a copper-containing layer and a soft solder layer, the copper-containing layer being arranged between the base layer and the soft solder layer.
Die aluminiumhaltige Grundschicht des Verbundwerkstoffes kann aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung mit mindestens 50 Gewichts-% Aluminium bestehen. Besonders bewährtThe aluminum-containing base layer of the composite material can consist of aluminum or an aluminum alloy with at least 50% aluminum by weight. Particularly proven
haben sich handelsübliches Reinaluminium (99,5 %, Al 99,5) und die bekannten Aluminium-Knetlegierungen, zum Beispiel Aluminium-Magnesium-Knetlegierungen (Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 7, 4. Auflage (1974), 282).Commercially available pure aluminium (99.5%, Al 99.5) and the well-known aluminium wrought alloys, for example aluminium-magnesium wrought alloys (Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Volume 7, 4th edition (1974), 282).
Die kupferhaltige Schicht - sowohl die zwischen der Grundschicht und der Weichlot-Schicht angeordnete als auch die zusätzliche - kann aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung mit mindestens 50 Gewichts-% Kupfer bestehen. Neben Kupfer, speziell in Form des Elektrolytkupfers (&Egr;-Kupfer, E-Cu; Reinheit 99,95 %), haben sich die bekannten Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronzen), wie zum Beispiel CuSn6, und niedriglegierte Kupfer-Eisen-Legierungen, wie zum Beispiel CuFe2, besonders bewährt (Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 15, 4. Auflage (1978), 551; Römpp Chemie Lexikon, Band 3, 9. Auflage (1990), 2412).The copper-containing layer - both the one between the base layer and the soft solder layer and the additional one - can consist of copper or a copper alloy with at least 50% copper by weight. In addition to copper, especially in the form of electrolytic copper (ε-copper, E-Cu; purity 99.95%), the well-known copper-tin alloys (tin bronzes), such as CuSn6, and low-alloyed copper-iron alloys, such as CuFe2, have proven particularly effective (Ulimanns Encyklopädie der technische Chemie, Volume 15, 4th edition (1978), 551; Römpp Chemie Lexikon, Volume 3, 9th edition (1990), 2412).
Für die Weichlot-Schicht eignen sich alle zu Lot-Folienbändern zu verarbeitenden Weichlote. Bevorzugt werden Blei/Zinn-Weichlote, zum Beispiel LPbSn40 und LPbSn8Sb (DIN 1707).All soft solders that can be processed into solder foil strips are suitable for the soft solder layer. Lead/tin soft solders are preferred, for example LPbSn40 and LPbSn8Sb (DIN 1707).
Die Breite des Verbundwerkstoffes kann variieren und wird dem Bedarf entsprechend gewählt.The width of the composite material can vary and is selected according to requirements.
Die Dicke der aluminiumhaltigen Grundschicht beträgt 50 - 80 % und die der Weichlot-Schicht 5-20 %, vorzugsweise 10-20 %, der Dicke des Verbundwerkstoffes, die vorzugsweise im Bereich von 0,05 - 3 Millimeter liegt. Die kupferhaltige Schicht besitzt vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,005 - 0,5 Millimeter.The thickness of the aluminum-containing base layer is 50 - 80% and that of the soft solder layer is 5-20%, preferably 10-20%, of the thickness of the composite material, which is preferably in the range of 0.05 - 3 millimeters. The copper-containing layer preferably has a thickness in the range of 0.005 - 0.5 millimeters.
Das Verbundwerkstoff-Band zeichnet sich durch die sehr gute Verbundfestigkeit der das Band bildenden Schichten aus. Überraschenderweise wird durch die kupferhaltige Schicht eine ausgezeichnete Haftfestigkeit der Weichlot-Schicht erzielt; die Oberfläche der Weichlot-Schicht ist dicht und porenfrei. Da die kupferhaltige Schicht nicht nur die Haftfestigkeit, Benetzungsfähigkeit und Lötbarkeit der Weichlot-Schicht bewirkt, sondern auch die physikalischen und funktionellen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes beeinflußt, ist es möglich, durch die Auswahl der die aluminiumhaltige Grundschicht und die kupferhaltige Schicht bildenden Materialien einen Verbundwerkstoff mit einer seinem Verwendungszweck angepaßten Kombination von Eigenschaften zu schaffen.The composite tape is characterized by the very good bond strength of the layers that make up the tape. Surprisingly, the copper-containing layer achieves excellent adhesive strength of the soft solder layer; the surface of the soft solder layer is dense and pore-free. Since the copper-containing layer not only affects the adhesive strength, wettability and solderability of the soft solder layer, but also influences the physical and functional properties of the composite material, it is possible to create a composite material with a combination of properties that is adapted to its intended use by selecting the materials that make up the aluminum-containing base layer and the copper-containing layer.
Für die Herstellung des Verbundwerkstoffes hat sich das kontinuierliche Walzplattieren der den Verbundwerkstoff bildenden Schichten bewährt. Als besonders vorteilhaft hat sich das Verfahren des kontinuierlichen Kaitwalzplattierens, wie es zum Beispiel aus DE 16 27 763 B2 bekanntContinuous roll cladding of the layers forming the composite material has proven to be a good method for producing the composite material. The process of continuous roll cladding, as known from DE 16 27 763 B2, has proven to be particularly advantageous.
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ist, erwiesen. Es hat sich gezeigt, daß der so hergestellte Verbundwerkstoff eine sehr gute Bindungsfestigkeit, Duktilität, Biegbarkeit und Tiefziehfähigkeit besitzt.It has been shown that the composite material produced in this way has very good bonding strength, ductility, bendability and deep-drawability.
Mit dem Verbundwerkstoff steht ein Werkstoff auf Basis von reinem bis hochreinem Aluminium und von Aluminium-Legierungen mit mindestens 50 Gewichts-% Aluminium zur Verfügung, der ohne Schwierigkeiten durch Weichlöten zu verarbeiten ist und vielfältig eingesetzt werden kann. Da das Lotmaterial als Weichlot-Schicht Teil des Verbundwerkstoffes ist, braucht beim Lötprozeß kein Lotmaterial zugegeben zu werden und entfällt das aufwendige Placieren des Lotmaterials. Beim Löten kann, falls erforderlich, ein Flußmittel verwendet werden. Die mit dem Weichlöten verbundenen Vorzüge (niedrigere Temperaturen, umweltfreundlichere Flußmittel und anderes) erweisen sich bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers aus dem mit der Weichlot-Schicht ausgestatteten Verbundwerkstoff als besonders günstig.The composite material is a material based on pure to high-purity aluminum and aluminum alloys with at least 50% aluminum by weight, which can be processed without difficulty by soft soldering and can be used in a variety of ways. Since the solder material is part of the composite material as a soft solder layer, no solder material needs to be added during the soldering process and the time-consuming placement of the solder material is eliminated. A flux can be used during soldering if necessary. The advantages associated with soft soldering (lower temperatures, more environmentally friendly fluxes and others) prove to be particularly advantageous when producing the heat exchanger according to the invention from the composite material equipped with the soft solder layer.
Bewährt hat sich die Verwendung des mit dem Weichlot plattierten Verbundwerkstoffes als Halbzeug zur Herstellung von leichtgewichtigen Wärmetauschern, speziell von Leichtmetall-Kühlern. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß aus dem Halbzeug alle für die Wärmetauscher benötigten Komponenten geformt und nach dem Fügen der geformten Komponenten die Wärmetauscher durch halb- oder vollautomatisches Weichlöten, das im Gegensatz zum Hartlöten den Werkstoff thermisch weniger stark beansprucht, fertiggestellt werden können.The use of the composite material clad with soft solder has proven to be successful as a semi-finished product for the manufacture of lightweight heat exchangers, especially light metal coolers. It is particularly advantageous that all the components required for the heat exchangers can be formed from the semi-finished product and, after the formed components have been joined, the heat exchangers can be completed by semi- or fully-automatic soft soldering, which, in contrast to brazing, places less thermal stress on the material.
Zur näheren Erläuterung werden in den folgenden Beispielen Ausführungsformen des Verbundwerkstoff-Bandes beschrieben, wie sie für die Fertigung des Wärmetauschers gemäß der Erfindung benutzt werden können. Der Grundaufbau des Wärmetauschers als solcher ist bekannt.For further explanation, the following examples describe embodiments of the composite material strip as they can be used to manufacture the heat exchanger according to the invention. The basic structure of the heat exchanger as such is known.
Verbundwerkstoff mit einseitiger BeschichtungComposite material with one-sided coating
Weichlot-Schicht aus LPbSn8Sb, Dicke 0,025 Millimeter
kupferhaltige Schicht aus E-Cu, Dicke 0,030 Millimeter
Grundschicht aus AIMg2MnO,3, Dicke 0,110 MillimeterSoft solder layer made of LPbSn8Sb, thickness 0.025 millimeters
copper-containing layer of E-Cu, thickness 0.030 millimeters
Base layer of AIMg2MnO,3, thickness 0.110 millimeters
O -O -
Verbundwerkstoff mit einseitiger Beschichtung und zusätzlicher kupferhaltiger SchichtComposite material with one-sided coating and additional copper-containing layer
Weichlot-Schicht aus LPbSn8Sb, Dicke 0,015 Millimeter kupferhaitige Schicht aus E-Cu, Dicke 0,015 Millimeter Grundschicht aus AIMg2MnO,3, Dicke 0,055 Millimeter zusätzliche kupferhaitige Schicht aus E-Cu, Dicke 0,015 MillimeterSoft solder layer made of LPbSn8Sb, thickness 0.015 millimeters copper-containing layer made of E-Cu, thickness 0.015 millimeters Base layer made of AIMg2MnO,3, thickness 0.055 millimeters additional copper-containing layer made of E-Cu, thickness 0.015 millimeters
Verbundwerkstoff mit beidseitiger BeschichtungComposite material with double-sided coating
Weichlot-Schicht aus LPbSn8Sb, Dicke 0,05 Millimeter kupferhaitige Schicht aus E-Cu, Dicke 0,1 Millimeter Grundschicht aus AI99.5, Dicke 0,6 Millimeter kupferhaitige Schicht aus E-Cu, Dicke 0,1 Millimeter Weichlot-Schicht aus LPbSn8Sb, Dicke 0,05 MillimeterSoft solder layer made of LPbSn8Sb, thickness 0.05 millimeters, copper-containing layer made of E-Cu, thickness 0.1 millimeters Base layer made of AI99.5, thickness 0.6 millimeters, copper-containing layer made of E-Cu, thickness 0.1 millimeters Soft solder layer made of LPbSn8Sb, thickness 0.05 millimeters
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10215901A1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-11-06 | Grillo Werke Ag | Heat exchangers and flat solar thermal collector modules comprise support panels made of zinc, copper or aluminum, and capillary tubes made of a different material that is impossible or difficult to solder |
| WO2019170297A1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-12 | Robert Bosch Gmbh | Electrical device, method for producing an electrical device |
-
1994
- 1994-12-01 DE DE9421172U patent/DE9421172U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10215901A1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-11-06 | Grillo Werke Ag | Heat exchangers and flat solar thermal collector modules comprise support panels made of zinc, copper or aluminum, and capillary tubes made of a different material that is impossible or difficult to solder |
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