EP1835250A2 - Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers und Schichtwärmeübertrager - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers und Schichtwärmeübertrager Download PDF

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EP1835250A2
EP1835250A2 EP07003521A EP07003521A EP1835250A2 EP 1835250 A2 EP1835250 A2 EP 1835250A2 EP 07003521 A EP07003521 A EP 07003521A EP 07003521 A EP07003521 A EP 07003521A EP 1835250 A2 EP1835250 A2 EP 1835250A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
edge region
laminated sheet
degrees
bent
bent over
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07003521A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1835250A3 (de
Inventor
Wolfram Dr.-Ing. Kaiser
Karl-Gerd Dipl.-Ing. Krumbach (FH)
Klaus Dipl.-Ing. Luz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1835250A2 publication Critical patent/EP1835250A2/de
Publication of EP1835250A3 publication Critical patent/EP1835250A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Schichttownschreibers with a layer block of laminations, which have a bent edge portion by 180 degrees, which is materially connected to an edge region, in particular a bent edge portion of 180 degrees, an adjacent laminated sheet.
  • the invention also relates to a layer heat exchanger to be soldered with a layer block of laminations having a bent over by 180 degrees edge region, which is materially connected to an edge region, in particular with an edge region bent by 180 degrees, an adjacent laminated sheet.
  • a method of manufacturing a laminated heat exchanger in which a plurality of separator plates are stacked into a layer block, with solder being deposited on or between the separator plates before the layer block is soldered.
  • a layered heat exchanger is known with a layer block of separator plates that delimit intermediate flow channel layers.
  • the partition plates have on at least one main side edge of a protruding Folding edge, which is fluid-tightly connected in the layer block with the opposite edge region of an adjacent partition plate and serves as a lateral boundary of the associated flow channel layer.
  • each partition plate is fluid-tightly connected along its solid edge to the adjacent region of the adjacent partition plate by laser welding joints.
  • other fluid-tight connections into consideration, such as soldering, gluing and / or mechanical bracing.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a Schichtebenschreibtragers according to the preamble of claim 1 and a film heat exchanger according to the preamble of claim 10, which has a high strength and / or density and is inexpensive to produce.
  • the object is achieved in a method for producing a Schichthari enthusiasts with a layer block of laminations, which have a bent edge portion by 180 degrees, which is materially connected to an edge region, in particular a bent edge portion of 180 degrees, an adjacent laminated sheet, achieved in that a LotfolienstMail is fixed on the bent by 180 degrees edge region of the laminated sheet, before the edge region with the edge region, in particular with the bent edge portion of 180 degrees, the adjacent laminated sheet is soldered.
  • the edge region which is bent through 180 degrees is also referred to as a seaming edge or a seaming seam, although the bent-over edge regions of two adjacent separating plates do not interlock with one another.
  • the method according to the invention provides, inter alia, the advantage that a layer heat exchanger with a relatively soft layer block with regard to its mechanical properties is provided in a simple manner, but nevertheless has a high density.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the bent edge region of the laminated sheet on both Pages is provided with a solderable coating. This ensures high mechanical strength during soldering.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the LotfolienstMail is adhered to the bent over 180 degrees edge region of the laminated sheet. This ensures a stable fixation of the LotfolienstMails on the bent edge region of the laminated sheet in a simple manner.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the solder foil strip is welded onto the edge region of the laminated sheet which is bent by 180 degrees.
  • the welding of the LotfolienstMails done for example by roll spot welding.
  • Another preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that a solder foil strip which is wider than the bent-over edge region of the laminated sheet is fixed on the edge region of the laminated sheet which is bent by 180 degrees.
  • the LotfolienstMail protrudes beyond the bent edge region of the laminated sheet in the adjacent channel, which is formed between two laminations.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that a portion of the LotfolienstMails protruding beyond the 180 ° bent Randbe rich of the laminated sheet outside of the edge region is fixed on the laminated sheet.
  • the solder foil strip therefore does not adhere to the bent edge region of the laminated sheet before soldering but to a channel boundary wall which is formed by the laminated sheet metal.
  • the Lotfolienstsammlung is thus fixed relative to the bent edge region, but not it.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the projecting portion of the LotfolienstMails has an adhesive layer, by means of which the protruding portion of the LotfolienstMails is adhered to the laminated sheet. This will be before the Soldering ensures a stable attachment of the Lotfolienstsammlungs on a Kanalbegrenzungswand, which is formed by the laminated sheet.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the edge region of the laminated sheet bent over by 180 degrees and the adjoining edge region of the adjacent laminated sheet are provided with through holes, through which solder from the solder film strip between the two under the influence of gravity and / or capillary forces bent edge regions of the laminations and the associated laminated sheet passes. Due to the shape and size of the through holes, the soldering of the bent edge region can be influenced in a targeted manner with the associated laminated sheet.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the through holes have a circular or an elongate cross section.
  • the through holes are formed, for example, by holes or slots.
  • a LotfolienstMail is fixed according to a method described above on the bent over 180 degrees edge region of a laminated sheet.
  • the solder foil strip is fixed on the edge region of a laminated sheet bent over by 180 degrees, before the edge region is soldered to a further edge region, in particular a peripheral region bent over by 180 degrees, of an adjacent laminated sheet.
  • the layer heat exchanger according to the invention provides, inter alia, the advantage that for the production of dense and solid compounds less solder material is needed than for the production of conventional layer heat exchanger, which are usually soldered over the entire surface.
  • a layer heat exchanger to be soldered with a layer block of laminations which have a 180 ° bent edge region, which is materially connected to an edge region, in particular with a bent edge portion of 180 degrees, an adjacent laminated sheet
  • the object of the invention is achieved in that the bent over by 180 degrees edge region with the laminated sheet materially bonded, preferably soldered or welded.
  • the layer heat exchanger according to the invention provides, inter alia, the advantage that due to the cohesive connection of the laminated sheet with its bent edge region during operation of the Schichtumbleübertragers under certain circumstances occurring alternating pressure loads are at least partially absorbed, so that an improved tightness and / or strength is achieved.
  • the laminations each have one or more beads, which can be soldered to adjacent laminations, preferably their beads. As a result, the tightness and / or the strength is further increased.
  • the basic idea of the invention is to provide a component to be soldered with at least one first soldering gap between two. Connecting regions for cohesively tight enclosure of a chamber or a channel, wherein the connecting regions are associated with one or two individual parts, and with at least one in particular to the first soldering gap parallel second soldering gap, which is separated from the first soldering gap by a wall of the component, with one or to provide several through holes in the wall.
  • solder passes from the first soldering gap to the second soldering gap, or vice versa.
  • FIG. 1 shows a part of a layer block 1 in section.
  • the layer block 1 comprises two laminations 3, 4, each having a fold-like bent by 180 degrees edge region 5, 6.
  • the bent edge region 5, 6 of the laminations 3, 4 is also referred to as fold.
  • the bent edge regions 5, 6 serve to arrange the laminations 3, 4 at a defined distance from one another in order to form a flow channel 8 for a medium between the laminations 3, 4.
  • the two stacked laminations 3, 4 are referred to in the context of the present invention as adjacent laminations.
  • the channel 8 is bounded on the edge regions 5, 6 opposite side by beads 10, 11, each having a U-shaped cross-section and are not soldered together. By a plurality of similar beads of the layer block 1 is divided into a plurality of channels 8, 14.
  • the two laminations 3, 4 are soldered together using a Lotfolienstsammlungs 16 according to the present invention.
  • the LotfolienstMail 18 has three Lotfolienstsammlungabête 18, 20 and 22.
  • the Lotfolienstsammlungabêt 18 is disposed between the two bent edge regions 5, 6 of the laminations 3, 4.
  • the Lotfolienstsammlungabêt 22 is bonded by means of an adhesive layer 24 in the channel 8 on the laminated sheet 4.
  • the two Lotfolienstsammlungabête 18 and 22 are integrally connected by the Lotfolienstsammlungabêt 20.
  • solder material passes from the LatfoüenstMakeabrough 18 in the intermediate spaces 34, 35 between the bent edge regions 5, 6 and the laminations 3, 4.
  • the protruding solder strip also serves as a solder reservoir for the soldering of the gaps 34, 35, which are supplied with solder by gravitational and / or capillary effects.
  • Layer heat exchangers, in particular cross-flow heat exchangers, which are used in the high-temperature range, are exposed to large thermal loads and considerable temperature differences during commissioning and during operation within the shortest possible time.
  • the layer heat exchanger or heat exchanger according to a variant is soldered only locally. As a result, a greater compliance and a lower connection stiffness can be achieved.
  • the soldering according to the invention only in the edge regions ensures that the layer block remains soft with regard to its mechanical properties, but nevertheless forms a dense and / or completely soldered seam.
  • a layer block is provided which has a mechanically resistant, because at least partially soldered on both sides, seam and requires the production of a smaller Lotmenge than conventional heat exchangers. This results in a significant improvement in component strength and manufacturing costs.
  • the layer heat exchanger according to the invention is soldered only in the region of the fold. This results in the interior of the heat exchanger, a flat, non-prone area that has a higher reversible deformation potential when thermal voltages occur than conventional heat exchangers.
  • a narrow strip of solder is fixed on the fold.
  • the fixing of the solder strip can, for example, by sticking to the respective Laminated sheet done.
  • the adhesive area is selected so that the adhesive does not adhere in the rebate area but in the adjacent channel 8.
  • the solder strip is fixed on the folding plate, for example, by means of a roll-spot welding method.
  • a large-scale production is possible here by the use of an endless LotfolienstMails with subsequent separation of the interconnected by the solder strip laminations.
  • a soldering of the fold edge using apertures integrated in the fold for the capillary or gravitational supply of the solder gaps is particularly advantageous for compensating for a possibly high pressure swing load of the layer heat exchanger.
  • the studs 64 or beads 10, 11 are soldered to an adjacent laminated sheet, preferably with opposite nubs or beads.
  • the fold of the laminated sheet or an approximately falzumbler applied to the fold portion of the laminated sheet with openings, such as holes or slots provided.
  • openings are chosen in terms of their dimensions so that the solder can penetrate from the edge at the top and bottom of the fold under the influence of gravity or capillary forces in the gap between the fold and laminated sheet. The thus achieved, extensive or even full-surface soldering of the contact surface between the fold and the associated laminated sheet can be influenced by adjusting the opening density.
  • the fold of the laminated sheet is provided on both sides with a solderable coating.
  • the fold is locally welded to the laminated sheet by means of a welding process, in particular a capacitor discharge welding process.
  • a welding process in particular a capacitor discharge welding process.
  • the folds are firmly connected on the one hand by welding firmly with their own laminations and on the other hand by soldering with each adjacent laminations.
  • FIG. 2 shows a layer block 41 with a laminated sheet 43 in plan view.
  • the layer plate 43 is flowed around from below to above or from top to bottom of a medium.
  • the region through which the medium flows is bounded laterally by two bent edge regions 45, 46, which are soldered to bent edge regions of an adjacent laminated sheet.
  • the two bent edge regions 45, 46 are the same. In the following, to avoid repetition, only the structure of the bent-over edge portion 45 will be explained.
  • a LotfolienstMail 48 is arranged on the bent edge portion 45.
  • the LotfolienstMail 48 includes three Lotfolienstsammlungabête 51 to 53.
  • the Lotfolienabêt 51 is disposed on the bent edge portion 45.
  • the Lotfolienstsammlungabêt 53 is adhered to the laminated sheet 43.
  • the Lotfolienstsammlungabrisk 52 connects the Lotfolienstsammlungabroughe 51 and 53 with each other.
  • a plurality of through holes 55, 56 are provided in the bent over edge region 45, which allow the passage of solder.
  • the laminated sheet 43 has a plurality of connecting portions 61 to 64, by which the laminated sheet 43 is divided into a plurality of channels 71 to 74.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers mit einem Schichtblock (1) aus Schichtblechen (3,4), die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich (5,6) aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich (6,5), insbesondere einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs (4,3) verbunden wird. Um einen Schichtwärmeübertrager zu schaffen, der eine hohe Festigkeit aufweist und kostengünstig herstellbar ist, wird ein Lotfotienstreifen (16) auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6) des Schichtblechs (4) fixiert, bevor der Randbereich (6) mit dem Randbereich (5), insbesondere dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, des benachbarten Schichtblechs (3) verlötet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers mit einem Schichtblock aus Schichtblechen, die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich, insbesondere einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs verbunden wird. Die Erfindung betrifft auch einen zu verlötenden Schichtwärmeübertrager mit einem Schichtblock aus Schichtblechen, die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich, insbesondere mit einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs verbunden wird.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 28 274 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtwärmeübertragers bekannt, bei dem eine Vielzahl von Trennplatten zu einem Schichtblock gestapelt wird, wobei auf oder zwischen den Trennplatten Lot deponiert wird, bevor der Schichtblock verlötet wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 42 690 A1 ist ein Schichtwärmeübertrager mit einem Schichtblock aus Trennplatten bekannt, die zwischenliegende Strömungskanalschichten begrenzen. Die Trennplatten weisen auf wenigstens einer Hauptseite randseitig einen vorstehenden Falzrand auf, der im Schichtblock fluiddicht mit dem gegenüberliegenden Randbereich einer benachbarten Trennplatte verbunden ist und als seitliche Begrenzung der zugehörigen Strömungskanalschicht dient. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jede Trennplatte entlang ihres Massivrandes mit dem angrenzenden Bereich der benachbarten Trennplatte durch Laserschweißverbindungen fluiddicht verbunden. Alternativ kommen je nach Trennplattenmaterial und Anwendungsfall andere fluiddichte Verbindungen in Betracht, wie Löten, Kleben und/oder mechanisches Verspannen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Schichtwärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 zu schaffen, der eine hohe Festigkeit und/oder Dichtigkeit aufweist und kostengünstig herstellbar ist.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers mit einem Schichtblock aus Schichtblechen, die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich, insbesondere einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs verbunden wird, dadurch gelöst, dass ein Lotfolienstreifen auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich des Schichtblechs fixiert wird, bevor der Randbereich mit dem Randbereich, insbesondere mit dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, des benachbarten Schichtblechs verlötet wird. Der um 180 Grad umgebogene Randbereich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Falzrand oder kurz als Falz bezeichnet, obwohl die umgebogenen Randbereiche von zwei benachbarten Trennplatten nicht ineinander greifen. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert unter anderem den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Schichtwärmeübertrager mit einem hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften relativ weichen Schichtblock geschaffen wird, der aber trotzdem eine hohe Dichtigkeit aufweist.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der umgebogene Randbereich des Schichtblechs auf beiden Seiten mit einer lötfähigen Beschichtung versehen wird. Dadurch wird beim Verlöten eine hohe mechanische Festigkeit gewährleistet.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lotfolienstreifen auf den um 180 Grad umgebogenen Randbereich des Schichtblechs aufgeklebt wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Fixierung des Lotfolienstreifens auf dem umgebogenen Randbereich des Schichtblechs gewährleistet.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lotfolienstreifen auf den um 180 Grad umgebogenen Randbereich des Schichtblechs aufgeschweißt wird. Das Aufschweißen des Lotfolienstreifens erfolgt zum Beispiel durch Roll-Punktschweißen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich des Schichtblechs ein Lotfolienstreifen fixiert wird, der breiter als der umgebogene Randbereich des Schichtblechs ist. Der Lotfolienstreifen ragt über den umgebogenen Randbereich des Schichtblechs hinaus in den angrenzenden Kanal, der zwischen zwei Schichtblechen ausgebildet ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein über den um 180 Grad umgebogenen Randbe reich des Schichtblechs überstehender Abschnitt des Lotfolienstreifens außerhalb des Randbereichs auf dem Schichtblech fixiert wird. Der Lotfolienstreifen haftet also vor dem Verlöten nicht an dem umgebogenen Randbereich des Schichtblechs sondern an einer Kanalbegrenzungswand, die von dem Schichtblech gebildet wird. Der Lotfolienstreifen ist somit zwar relativ zu dem umgebogenen Randbereich fixiert, nicht aber daran.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der überstehende Abschnitt des Lotfolienstreifens eine Klebschicht aufweist, mit deren Hilfe der überstehende Abschnitt des Lotfolienstreifens auf das Schichtblech aufgeklebt wird. Dadurch wird vor dem Verlöten eine stabile Befestigung des Lotfolienstreifens an einer Kanalbegrenzungswand gewährleistet, die von dem Schichtblech gebildet wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der um 180 Grad umgebogene Randbereich des Schichtblechs und der daran anliegende Randbereich des benachbarten Schichtblechs mit Durchgangslöchern versehen wird, durch die unter dem Einfluss der Schwerkraft und/oder von Kapillarkräften Lot von dem Lotfolienstreifen zwischen die umgebogenen Randbereiche der Schichtbleche und das zugehörige Schichtblech gelangt. Durch die Gestalt und Größe der Durchgangslöcher kann die Verlötung des umgebogenen Randbereichs mit dem zugehörigen Schichtblech gezielt beeinflusst werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher einen kreisrunden oder einen länglichen Querschnitt aufweisen. Die Durchgangslöcher werden zum Beispiel von Bohrungen oder Schlitzen gebildet.
  • Bei einem zu verlötenden Schichtwärmeübertrager mit einem Schichtblock aus Schichtblechen, die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich, insbesondere mit einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs verbunden wird, ist die angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Lotfolienstreifen gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich eines Schichtblechs fixiert ist. Der Lotfolienstreifen wird auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich eines Schichtblechs fixiert, bevor der Randbereich mit einem weiteren Randbereich, insbesondere einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs verlötet wird. Der erfindungsgemäße Schichtwärmeübertrager liefert unter anderem den Vorteil, dass zur Herstellung dichter und fester Verbindungen weniger Lotmaterial benötigt wird als zur Herstellung herkömmlicher Schichtwärmeübertrager, die meist vollflächig verlötet sind.
  • Bei einem zu verlötenden Schichtwärmeübertrager mit einem Schichtblock aus Schichtblechen, die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich, insbesondere mit einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs verbunden wird, wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass der um 180 Grad umgebogene Randbereich mit dem Schichtblech stoffschlüssig verbunden, bevorzugt verlötet oder geschweißt wird. Der erfindungsgemäße Schichtwärmeübertrager liefert unter anderem den Vorteil, dass aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung des Schichtbleches mit seinem umgebogenen Randbereich während des Betriebes des Schichtwärmeübertragers unter Umständen auftretende Druckwechselbelastungen zumindest teilweise absorbiert werden, so dass eine verbesserte Dichtheit und/oder Festigkeit erreicht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schichtbleche jeweils eine oder mehrere Sicken auf, die mit benachbarten Schichtblechen, bevorzugt deren Sicken, verlötbar sind. Hierdurch wird die Dichtheit und/oder die Festigkeit weiter erhöht.
  • Grundgedanke der Erfindung ist es, ein zu vedötendes Bauteil mit mindestens einem ersten Lötspalt zwischen zwei. Verbindungsbereichen zur stoffschlüssig dichten Umschließung einer Kammer oder eines Kanals, wobei die Verbindungsbereiche einem oder zwei Einzelteilen zugeordnet sind, und mit mindestens einem insbesondere zu dem ersten Lötspalt parallelen zweiten Lötspalt, der von dem ersten Lötspalt durch eine Wand des Bauteils getrennt ist, mit einer oder mehreren Durchgangsöffnungen in der Wand zu versehen. Somit gelangt unter dem Einfluss der Schwerkraft und/oder von Kapillarkräften Lot von dem ersten Lötspalt zu dem zweiten Lötspalt oder umgekehrt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Teil eines Schichtblocks eines erfindungsgemäßen Schichtwärmeübertragers im Schnitt und
    Figur 2
    ein Schichtblech gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht.
  • In Figur 1 ist ein Teil eines Schichtblocks 1 im Schnitt dargestellt. Der Schichtblock 1 umfasst zwei Schichtbleche 3, 4, die jeweils einen falzartig um 180 Grad umgebogenen Randbereich 5, 6 aufweisen. Der umgebogene Randbereich 5, 6 der Schichtbleche 3, 4 wird auch als Falz bezeichnet. Die umgebogenen Randbereiche 5, 6 dienen dazu, die Schichtbleche 3, 4 in einem definierten Abstand zueinander anzuordnen, um zwischen den Schichtblechen 3, 4 einen Strömungskanal 8 für ein Medium auszubilden. Die beiden übereinander angeordneten Schichtbleche 3, 4 werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als benachbarte Schichtbleche bezeichnet. Der Kanal 8 ist auf der der Randbereiche 5, 6 entgegengesetzten Seite durch Sicken 10, 11 begrenzt, die jeweils einen U-förmigen Querschnitt aufweisen und nicht miteinander verlötet sind. Durch eine Vielzahl von ähnlichen Sicken ist der Schichtblock 1 in eine Vielzahl von Kanälen 8, 14 unterteilt.
  • Die beiden Schichtbleche 3, 4 werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Lotfolienstreifens 16 miteinander verlötet. Der Lotfolienstreifen 18 weist drei Lotfolienstreifenabschnitte 18, 20 und 22 auf. Der Lotfolienstreifenabschnitt 18 ist zwischen den beiden umgebogenen Randbereichen 5, 6 der Schichtbleche 3, 4 angeordnet. Der Lotfolienstreifenabschnitt 22 ist mit Hilfe einer Klebstoffschicht 24 in dem Kanal 8 auf das Schichtblech 4 aufgeklebt. Die beiden Lotfolienstreifenabschnitte 18 und 22 sind durch den Lotfolienstreifenabschnitt 20 einstückig miteinander verbunden. Durch den in dem Kanal 8 mit dem Schichtblech 4 verklebten Lotfolienstreifenabschnitt 22 wird der Lotfolienstreifenabschnitt 18 sicher zwischen den umgebogenen Randbereichen 5, 6 der Schichtbleche 3, 4 fixiert.
  • In den umgebogenen Randbereichen 5, 6 der Schichtbleche 3, 4 sind Durchgangslöcher 31, 32 vorgesehen, durch die aufgrund von Kapillarkräften und/oder unter Einwirkung der Schwerkraft Lotmaterial von dem Latfoüenstreifenabschnitt 18 in die Zwischenräume 34, 35 zwischen den umgebogenen Randbereichen 5, 6 und den Schichtblechen 3, 4 gelangt. Dabei dient der überstehende Lotstreifen auch als Lotreservoir für die Verlötung der Spalte 34, 35, die durch gravitative und/oder kapillare Effekte mit Lot versorgt werden. Schichtwärmetauscher, insbesondere Kreuzstrom-Wärmeübertrager, die im Hochtemperaturbereich zum Einsatz kommen, werden bei der Inbetriebnahme und während des Betriebs innerhalb kürzester Zeit großen thermischen Belastungen und erheblichen Temperaturdifferenzen ausgesetzt. Aufgrund der lokal stark unterschiedlichen Temperaturen muss der Wärmeübertrager erhebliche thermische Ausdehnungen aushalten. Um eine Schädigung des Wärmeübertragers durch die hierdurch bedingten mechanischen Belastungen zu begrenzen beziehungsweise zu vermeiden, wird der Schichtwärmetauscher oder Wärmeübertrager gemäß einer Variante nur lokal verlötet. Dadurch kann eine größere Nachgiebigkeit und eine geringere Verbindungssteifigkeit erreicht werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Verlötung nur in den Randbereichen wird sichergestellt, dass der Schichtblock hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften weich bleibt, aber trotzdem einen dichten und/oder komplett verlöteten Falz ausbildet. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird ein Schichtblock geschaffen, der über einen mechanisch widerstandsfähigen, weil zumindest teilweise beidseitig verlöteten, Falz verfügt und zur Herstellung einer geringeren Lotmenge bedarf als herkömmliche Wärmeübertrager. Daraus ergibt sich eine deutliche Verbesserung hinsichtlich Bauteilfestigkeit und Herstellkosten.
  • Der erfindungsgemäße Schichtwärmeübertrager wird nur im Bereich des Falzes verlötet. Dadurch ergibt sich im Inneren des Wärmeübertragers ein flächiger, ungefügter Bereich, der beim Auftreten von Thermospannungen über ein höheres reversibles Verformungspotential verfügt als herkömmliche Wärmeübertrager.
  • Um das zu erreichen, wird ein schmaler Lotstreifen auf dem Falz fixiert. Das Fixieren des Lotstreifens kann zum Beispiel durch Aufkleben auf das jeweilige Schichtblech erfolgen. Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Klebebereich so gewählt, dass der Kleber nicht im Falzbereich, sondern in dem benachbarten Kanal 8 haftet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Lotstreifen zum Beispiel mit einem Roll-Punktschweißverfahren auf dem Falzblech fixiert. Eine Großserienfertigung ist hierbei durch die Verwendung eines Endlos-Lotfolienstreifens mit anschließender Vereinzelung der durch den Lotstreifen verbundenen Schichtbleche möglich.
  • Eine Verlötung des Falzrandes unter Verwendung von in den Falz integrierten Öffnungen zur kapillaren beziehungsweise gravitativen Versorgung der Lotspalte ist zur Kompensation einer unter Umständen auftretenden hohen Druckwechselbelastung des Schichtwärmeübertragers besonders vorteilhaft. Gemäß einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich die Noppen 64 beziehungsweise Sicken 10, 11 mit einem benachbarten Schichtblech, vorzugsweise mit gegenüberliegenden Noppen oder Sicken verlötet. Besonders bevorzugt wird in diesem Fall anstelle eines Lotstreifens ein die Noppen oder Sicken ebenfalls bedeckendes, beispielsweise vollflächiges Lotmaterial verwendet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Falz des Schichtblechs beziehungsweise ein etwa falzbreiter, an dem Falz anliegender Bereich des Schichtblechs mit Öffnungen, beispielsweise Bohrungen oder Schlitzen, versehen. Diese Öffnungen werden hinsichtlich ihrer Abmessungen so gewählt, dass das Lot von der Kante an der Ober- und Unterseite des Falzes unter Einfluss der Schwerkraft oder von Kapillarkräften in den Spalt zwischen Falz und Schichtblech dringen kann. Die hierdurch erzielte, weitläufige oder gar vollflächige Verlötung der Kontaktfläche zwischen dem Falz und dem zugehörigen Schichtblech kann durch Einstellung der Öffnungsdichte beeinflusst werden.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung wird der Falz des Schichtblechs beidseitig mit einer lotfähigen Beschichtung versehen. Durch Umlegen des Falzes und den anschließenden Fügeprozess wird ein nur im Randbereich verlöteter Wärmeübertrager geschaffen.
  • In einer weiteren Ausführung wird der Falz mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere Kondensatorentladungs-Schweißverfahrens, an das Schichtblech lokal angeschweißt. Durch die anschließende Verlötung entsteht ein Wärmeübertrager, dessen Falze einerseits durch das Schweißen fest mit ihren eigenen Schichtblechen und andererseits durch das Löten dicht mit jeweils benachbarten Schichtblechen verbunden sind.
  • In Figur 2 ist ein Schichtblock 41 mit einem Schichtblech 43 in der Draufsicht dargestellt. Das Schichtblech 43 wird von unten nach oben oder von oben nach unten von einem Medium umströmt. Der von dem Medium durchströmte Bereich wird seitlich von zwei umgebogenen Randbereichen 45, 46 begrenzt, die mit umgebogenen Randbereichen eines benachbarten Schichtblechs verlötet werden. Die beiden umgebogenen Randbereiche 45, 46 sind gleich ausgebildet. Im Folgenden wird, um Wiederholungen zu vermeiden, nur der Aufbau des umgebogenen Randbereichs 45 erläutert.
  • Auf dem umgebogenen Randbereich 45 ist ein Lotfolienstreifen 48 angeordnet. Der Lotfolienstreifen 48 umfasst drei Lotfolienstreifenabschnitte 51 bis 53. Der Lotfolienabschnitt 51 ist auf dem umgebogenen Randbereich 45 angeordnet. Der Lotfolienstreifenabschnitt 53 ist auf das Schichtblech 43 aufgeklebt. Der Lotfolienstreifenabschnitt 52 verbindet die Lotfolienstreifenabschnitte 51 und 53 miteinander. Im Bereich des Lotfolienstreifenabschnitts 51 sind in dem umgebogenen Randbereich 45 mehrere Durchgangslöcher 55, 56 vorgesehen, die den Durchtritt von Lot ermöglichen. Das Schichtblech 43 weist eine Vielzahl von Verbindungsbereichen 61 bis 64 auf, durch welche das Schichtblech 43 in eine Vielzahl von Kanälen 71 bis 74 unterteilt wird.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Schichtwärmeübertragers mit einem Schichtblock (1;41) aus Schichtblechen (3,4;43), die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich (5,6;45,46) aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich (6,5), insbesondere einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs (4,3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotfolienstreifen (16;48) auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6;45) des Schichtblechs (4;43) fixiert wird, bevor der Randbereich (6;45) mit dem Randbereich (5), insbesondere dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, des benachbarten Schichtblechs (3) verlötet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der umgebogene Randbereich (5,6) des Schichtblechs (3,4) auf beiden Seiten mit einer lötfähigen Beschichtung versehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotfolienstreifen (16;48) auf den um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6;45) des Schichtblechs (4;43) aufgeklebt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotfolienstreifen (16;48) auf den um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6;45) des Schichtblechs (4;43) aufgeschweißt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6;45) des Schichtblechs (4;43) ein Lotfolienstreifen (16;48) fixiert wird, der breiter als der umgebogene Randbereich (6;45) des Schichtblechs (4;43) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein über den um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6;45) des Schichtblechs (4;43) überstehender Abschnitt (22;53) des Lotfolienstreifens (16;48) außerhalb des Randbereichs (6;45) auf dem Schichtblech (4;43) fixiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der überstehende Abschnitt (22;53) des Lotfolienstreifens (16;48) eine Klebschicht (24) aufweist, mit deren Hilfe der überstehende Abschnitt (22;53) des Lotfolienstreifens (16;48) auf das Schichtblech (4;43) aufgeklebt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der um 180 Grad umgebogene Randbereich (6) des Schichtblechs (4) und der daran anliegende Randbereich (5) des benachbarten Schichtblechs (3) mit Durchgangslöchern (31,32) versehen wird, durch die unter dem Einfluss der Schwerkraft und/oder von Kapillarkräften Lot von dem Lotfolienstreifen (16) zwischen die umgebogenen Randbereiche der Schichtbleche und das zugehörige Schichtblech gelangt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (31,32) einen kreisrunden oder einen länglichen Querschnitt aufweisen.
  10. Zu verlötender Schichtwärmeübertrager mit einem Schichtblock (1 ;41) aus Schichtblechen (3,4;43), die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich (5,6;45,46) aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich (6,5), insbesondere mit einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs (4,3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotfolienstreifen (16;48) gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf dem um 180 Grad umgebogenen Randbereich (6;45,46) eines Schichtblechs (4;43) fixiert ist.
  11. Zu verlötender Schichtwärmeübertrager, insbesondere nach Anspruch 10, mit einem Schichtblock (1;41) aus Schichtblechen (3,4;43), die einen um 180 Grad umgebogenen Randbereich (5,6;45,46) aufweisen, der stoffschlüssig mit einem Randbereich (6,5), insbesondere mit einem um 180 Grad umgebogenen Randbereich, eines benachbarten Schichtblechs (4,3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der um 180 Grad umgebogene Randbereich (5,6;45,46) mit dem Schichtblech (3,4;43) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet oder geschweißt wird.
  12. Schichtwärmeübertrager nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtbleche jeweils eine oder mehrere Sicken (10, 64) aufweisen, die mit benachbarten Schichtblechen, insbesondere Sicken (11) der benachbarten Schichtbleche, verlötbar sind.
  13. Zu verlötendes Bauteil (1) mit mindestens einem ersten Lötspalt (18) zwischen zwei Verbindungsbereichen (5,6) zur stoffschlüssig dichten Umschließung einer Kammer oder eines Kanals (8,14), wobei die Verbindungsbereiche (5,6) einem oder zwei Einzelteilen zugeordnet sind, und mit mindestens einem insbesondere zu dem ersten Lötspalt parallelen zweiten Lötspalt (34,35), der von dem ersten Lötspalt (18) durch eine Wand des Bauteils (1) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand mit einer Durchgangsöffnung (31,32) versehen ist, durch die unter dem Einfluss der Schwerkraft und/oder von Kapillarkräften Lot von dem ersten Lötspalt (18) zu dem zweiten Lötspalt (34,35) oder umgekehrt gelangt.
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