WO2015132086A1

WO2015132086A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines wärmetauschers

Info

Publication number: WO2015132086A1
Application number: PCT/EP2015/053623
Authority: WO
Inventors: Steffen Ensminger; Andreas Jünemann; Michael Schmidt; Klaus Irmler
Original assignee: MAHLE Behr GmbH & Co. KG
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-09-11
Also published as: DE102014204259A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Wärmetauscher-Anordnung (1) mit wenigstens zwei entlang einer Anordnungsrichtung (A) benachbart zueinander angeordneten und miteinander zu verlötenden Bauteilen, b) Anordnen einer ersten Anpressplatte (6a) an der Wärmetauscher-Anordnung (1), welche diese entlang der Anordnungsrichtung (A) begrenzt, und Anordnen einer zweiten Anpressplatte an der Wärmetauscher-Anordnung (1), welche diese entgegen der Anordnungsrichtung (A) begrenzt, so dass die Wärmetauscher-Anordnung (1) sandwichartig zwischen den beiden Anpressplatten (6a, 6b) angeordnet ist, c) Anbringen einer Spannvorrichtung (7), die wenigstens ein Spannband (8a, 8b, 8c) umfasst, an den Anpressplatten (6a, 6b), derart, dass diese jeweils eine auf die beiden Anpressplatten (6a, 6b) nach innen, zur Wärmetauscher- Anordnung (1) hin wirkenden Anpressdruck erzeugt, so dass dieser von den beiden Anpressplatten (6a, 6b) auf die zu verlötenden Bauteile übertragen wird, d) Verlöten der wenigstens zwei entlang der Anordnungsrichtung (A) benachbarten Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung (1).

Description

Verfahren und Vorrichtung

zum Herstellen eines Wärmetauschers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wärmetauschers.

Neben dem einfachen Wirkprinzip einer direkten Wärmeübertragung, welche auf einer unmittelbaren Wärmeübertragung zwischen den Stoffströmen einhergeht, bedienen sich Wärmetauscher einer indirekten Wärmeübertragung, bei welcher die betreffenden Stoffströme durch eine wärmedurchlässige Wand getrennt sind. Einen typischen Einsatzbereich finden moderne Wärmetauscher beispielsweise als Abwärmenutzungseinrichtung oder als Kühlsystem herkömmlicher Brennkraftmaschinen. Solche Wärmetauscher können anwendungsspezifisch in Gestalt sogenannter Plattenwärmetauscher oder Schichtwärmetauscher, aber auch in Form sogenannter Rohrwärmeübertrager ausgeführt sein. Bei Wärmetauschern der letztgenannten Kategorie kann zwischen Rohrbündelwärmeübertrager, U-Rohr- Wärmeübertrager und Mantelrohrwärmeübertrager unterschieden werden.

Allen diesen Wärmetauscher-Typen ist gemeinsam, dass sie mehrere metallische Bauteile, etwa in der Form von Flachrohren oder Metallrippen, umfassen, die im Zuge der Montage des Wärmetauschers miteinander verlötet werden. Abgasführende Wärmeübertrager werden dabei aus Korrosionsgründen im Regelfall aus Edelstahl hergestellt. Im Rahmen einer industriellen Serienfertigung solcher Wärmetauscher wird der gesamte Lötprozess in der Regel in einem Hochtemperatur- Lötofen durchgeführt. Hierzu können die Bauteile vor dem eigentlichen Löten in eine Art Spannrahmen aus einem Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Kohlenstoff - dem Fachmann bekannt als "CFC" - eingebaut werden. Werden die Bauteile in einem Lötofen erhitzt, so führt ihre thermisch bedingte Ausdehnung dazu, dass sie nach au- ßen gegen den Rahmen gedrückt werden. Dies bedeutet, dass von besagtem Rahmen ein äußerer Anpressdruck auf die zu verlötenden Bauteile innerhalb des Rahmens ausgeübt wird, was die Ausbildung qualitativ hochwertiger Lötverbindungen begünstigt.

Vor diesem Hintergrund beschreibt die DE 103 28 274 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtwärmeübertragers, der sich aufeinandergestapelten Trenn- und Deckplatten sowie Sammelkästen zusammensetzt. Zur Herstellung des Schichtwärmeübertragers werden die Trenn- und Deckplatten zunächst zu einem Schichtblock aufeinandergestapelt und anschließend Lot auf oder zwischen den zu verlötenden Platten angebracht. In einem nächsten Schritt wir der Schichtblock mittels Verkleben oder Verschweißen fixiert und anschließend der Schichtblock verlötet. Abschließend werden die Sammelkästen mit dem Schichtblock verschweißt oder verlötet.

Ein weiterer Wärmeübertrager ist in der DE 10 2009 050889 beschrieben. Bei diesem werden abwechselnd belotete Platten und Rippen zu einem Block aufgestapelt und anschließend in einem Hochtemperatur-Lötofen verlötet.

Die DE 41 20 748 offenbart ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern, deren Rohrsystem aus Flachrohrschlangen besteht.

Als problematisch bei solchen Lötprozessen erweis sich indes, dass die zu verlötenden Bauteile typischerweise nicht unerhebliche Bauteil-Toleranzen aufweisen, was bei den einzelnen Ausführungen der Wärmetauscher unterschiedlich ausgeprägte Ausdehnungseffekte und somit zu deutlich variierende, auf die Bauteile wirkende Anpressdrücke zur Folge hat, wenn diese in besagtem Rahmen erhitzt werden. Letztlich kann dies zu erheblichen Qualitätsschwankungen der beim Verlöten erzeugten Lötverbindungen in den einzelnen Ausführungen der Wärmetauscher führen. Im Extremfall, beispielsweise falls die zu lötenden Bauteile ein Übermaß aufweisen, kann der Anpressdruck so hohe Werte annehmen, dass er zu einer plastischen Deformation und damit zur Beschädigung des Wärmeübertragers führt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wärmetauschers zu schaffen, bei welchem auch im Zuge der Serienfertigung in großer Stückzahl Wärmetauscher hergestellt werden können, deren Bauteile durch hochwertige Lötverbindungen stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, die Wärmetauscher-Anordnung vor Durchführung des Lötprozesses sandwichartig zwischen zwei Anpressplatten anzuordnen und mit Hilfe einer Spannvorrichtung über die beiden Anpressplatten von außen einen wohldefinierten Anpressdruck auf die Wärmetauscher- Anordnung auszuüben. Dieser überträgt sich auf die zu verlötenden Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung, wodurch zuverlässig eine qualitativ hochwertige Lötverbindung hergestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungswesentlichen Spannbänder im Gegensatz zu herkömmlichen, steifen Lötgestellen aus einer Keramik oder aus Kohlenstoff elastische Eigenschaften besitzen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der erzeugte Anpressdruck einen maximal zulässigen Wert überschreitet, wodurch eine unerwünschte plastische Verformung des Wärmetauschers verhindert werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Wärmetauscher-Anordnung mit wenigstens zwei entlang einer Anordnungsrichtung benachbart zueinander angeordneten und miteinander zu verlötenden Bauteilen. Bei diesen Bauteilen kann es sich um jedwede, aus einem Metall hergestellte Bauteile des Wärmetauschers handeln, die im Zuge des noch auszuführenden Lötvorgangs stoffschlüssig mit einander verbunden werden sollen. Je nach Bauart des Wärmetauschers können diese Bauteile eine bestimmte geometrische Formgebung aufweisen. Im Falle eines Plattenwärmetauschers etwa können die zu verlötenden Bauteile Komponenten einer herkömmlichen Rippe-Scheiben-Anordnung sein. Eine solche Rippe-Scheibenanordnung kann mehrere entlang einer Stapelrichtung aufeinander gestapelte Fluidscheiben umfassen, wobei zwischen zwei benachbarten Fluidscheiben eine Rippenstruktur vorgesehen ist, die mit den Fluidscheiben verlötet werden soll.

b) Anordnen einer ersten Anpressplatte an der Wärmetauscher-Anordnung, welche diese entlang der Anordnungsrichtung begrenzt, und Anordnen einer zweiten Anpressplatte an der Wärmetauscher-Anordnung, welche diese entgegen der Anordnungsrichtung begrenzt, so dass die Wärmetauscher- Anordnung sandwichartig zwischen den beiden Anpressplatten angeordnet ist. Die Anpressplatten selbst können aus einem Metall, einer Keramik oder einem Kohlenstoff, in letzterem Falle beispielsweise aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff, hergestellt sein.

c) Anbringen einer Spannvorrichtung, welche wenigstens ein Spannband um- fasst, an der Wärmetauscher-Anordnung, derart, dass diese jeweils eine auf die beiden Anpressplatten nach innen, zur Wärmetauscher-Anordnung hin wirkenden Anpressdruck erzeugt. Die Verwendung eines Spannbandes gestattet dabei eine reproduzierbare Erzeugung eines wohldefinierten und homogenen, auf die Anpressplatten und somit auf die Bauteile des Wärmetauschers wirkenden Anpressdrucks. Im vorliegenden Zusammenhang schließt der Begriff„Anpressplatten" auch Bauelemente mit nicht vollständig ebenerer, also plattenartiger geometrischer Formgebung ein. Unter dem Begriff„Anpressplatten" sind im vorliegenden Zusammenhang auch plattenartige Ausführungsformen gefasst, an deren Ober- oder Unterseite Erhebungen oder Vertiefungen vorgesehen sind, die der Platte eine dreidimensionale Formgebung verleihen. d) Verlöten wenigstens zweier entlang der Anordnungsrichtung benachbarter Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung. Typischerweise mag das Verlöten dabei in einem Hochtemperatur-Lötofen erfolgen, in welchem die zu verlötenden Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung auf über 900°C erhitzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, das wenigstens eine Spannband derart an der Wärmetauscher-Anordnung anzubringen, dass es diese entlang einer Umfangsrichtung einfasst. Auf weise lässt sich durch ein Spannen des Spannbandes ein einheitlicher, vom Spannband nach innen auf die Anpressplatten und auf die zwischen diesen angeordnete Wärmetauscher-Anordnung wirkender Anpressdruck erzeugen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung empfiehlt es sich, in den Verfahrensschritt c) die folgenden beiden Unterschritte c1 ) und c2 aufzunehmen:

c1 ) Festzurren und Spannen des wenigstens einen Spannbandes; und

c2) Aneinanderfügen der beiden Enden des wenigstens einen Spannbandes, insbesondere mittels Verschweißen, Vercrimpen oder Aneinanderklammern.

Beim Festzurren und dem damit verbundenen Spannen gemäß Schritt c) lässt sich ausnutzen, dass die beim Festzurren aufgebrachte Spann- bzw. Zugkraft direkt mit dem auf die Wärmetauscher-Anordnung wirkenden Anpressdruck skaliert. Mit anderen Worten, je fester das Spannband um die Wärmetauscher-Anordnung gezurrt wird, desto höher der erzeugte Anpressdruck. Durch besagtes Spannen bzw. Festzurren lässt sich also auf flexible Weise der gewünschte Anpressdruck einstellen. Das Aneinanderfügen der beiden Enden des wenigstens einen Spannbandes, etwa mittels Verschweißen, Vercrimpen oder Aneinanderklammern stellt dabei sicher, dass das Spannband nicht nachgibt, wenn die zu verlötenden Bauteile sich beim Erhitzen expandieren und nach außen auf das Spannband drücken. Zur automatisierten und komfortablen Ausführung des Festzurrens und Spannens gemäß Schritt c1 ) wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, hierzu einen druckluftgetriebenen oder elektrisch angetriebenen

Spannmechanismus heranzuziehen, mittels welchem der vom Spannband erzeugte Anpressdruck besonders präzise und reproduzierbar eingestellt werden kann.

Zur reproduzierbaren Erzeugung eines vorbestimmten Anpressdrucks - etwa im Zuge der Serienfertigung des Wärmetauschers in hoher Stückzahl - ist es von wesentlicher Bedeutung, dass das Spannband, bevor es gespannt wird, auch in reproduzierbarer Weise an den einzelnen Wärmetauscher-Anordnungen angebracht wird. Dies lässt sich auf vorteilhafte Weise erreichen, indem auf einer von der Wärmetauscher-Anordnung abgewandten Außenseite der beiden Anpressplatten jeweils wenigstens eine Führungseinrichtung vorgesehen wird, in welche das Spannband zum Spannen gemäß Schritt c) eingelegt werden kann.

Um das wenigstens eine Spannband schnell und auf einfache Weise in der Führungseinrichtung platzieren zu können, wird ferner vorgeschlagen, dieses mit einem Führungsblock zu versehen, der sich entlang der Querrichtung auf der Außenseite der Anpressplatte erstreckt, und zwar derart, dass der Führungsblock mit einer ersten Seite auf der Außenseite der Anpressplatte anliegt. Das Spannband kann dann auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, von der Anpressplatte abgewandten zweiten Seite auf dem Führungsblock zur Anlage gebracht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden Anpressplatten bezüglich einer durch die Anordnungsrichtung definierten Draufsicht auf die Wärmetauscher-Anordnung eine Wesentlichen rechteckförmige Gestalt auf. Bezüglich dieser Draufsicht erstreckt sich das wenigstens eine Spannband auf den beiden Anpressplatten dann jeweils entlang einer orthogonal zur Anordnungsrichtung der zu verlötenden Bauteile verlaufenden Querrichtung der Anpressplatten. Betrachtet man die Wärmetauscher-Anordnung in einem Querschnitt entlang der Längsrich- tung, so fasst das Spannband die Wärmetauscher-Anordnung einschließlich der beiden Anpressplatten der Wärmetauscher-Anordnung vollständig umlaufend ein. Eine derartige geometrische Konfiguration gestattet eine einfache Montage bzw. Demontage des Spannbands an der Wärmetauscher-Anordnung;

Besonders zweckmäßig können die Anpressplatten und/oder die Spannbänder auch derart ausgebildet werden, dass sie nach dem Lötvorgang am Wärmetauscher verbleiben. Eine aufwändige Demontage der Anpressplatten bzw. der Spannbänder kann in diesem Fall entfallen, was die industrielle Fertigung des Wärmtauschers nicht unwesentlich vereinfacht.

Ein besonders gleichmäßiger, flächig auf die zu verlötenden Bauteile wirkender Anpressdruck kann indes erzielt werden, wenn auf den Außenseiten der beiden Anpressplatten entlang der Längsrichtung wenigstens zwei, vorzugsweise drei, im Abstand zueinander angeordnete Spannbänder, vorgesehen werden, die sich auf den Außenseiten der beiden Anpressplatten jeweils entlang der Querrichtung erstrecken.

Ein zusätzlicher Anpressdruck lässt sich erzeugen, wenn für das Spannbands ein Material gewählt wird, welches einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist als das Material der zu verlötenden Bauteile der Wärmetauscher- Anordnung. Beim Erhitzen der Wärmetauscher-Anordnung einschließlich des Spannbands, etwa in einem Lötofen, führt dies dazu, dass die Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung stärker expandieren als das sie umgebende Spannband.

Besonders zweckmäßig empfiehlt es sich daher, als Material für die wenigstens zwei Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung einen austenitischen Edelstahl und als Material für das Spannband einen anderen Stahl, vorzugsweise einen ferritischen Stahl zu wählen, da Austenite einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen als Ferrite. In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Wärmetauscher- Anordnung Teil eines Plattenwärmetauschers oder eines Schichtwärmetauschers oder eines Rohrwärmetauschers , in letzterem Fall insbesondere eines Rohrbündelwärmeübertragers, U-Rohr-Wärmeübertragers oder Mantelrohrwärmeübertragers.

In einer weiteren Ausführungsform können die Anpressplatten aus dem gleichen Material wie der zu lötende Wärmetauscher hergestellt sein, also beispielsweise aus austenitischem Edelstahl, und verbleiben nach dem Lötvorgang am Wärmetauscher, wohingegen die Spannbänder wieder entfernt werden. In einer Variante verbleiben auch die Spannbänder am Wärmetauscher.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Verlöten von Bauteilen eines Wärmetauschers. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Wärmetauscher-Anordnung, die wenigstens zwei entlang einer Anordnungsrichtung benachbart zueinander angeordnete und miteinander zu verlötende Bauteile aufweist. Weiterhin umfasst die Anordnung eine erste und eine zweite Anpressplatte, welche die Wärmetauscher-Anordnung entlang der Anordnungsrichtung begrenzen, wobei die Wärmetauscher-Anordnung entlang der Anordnungsrichtung zwischen den beiden Anpressplatten vorgesehen ist. Schließlich besitzt die erfindungsgemäße Anordnung auch eine Spannvorrichtung, welche wenigstens ein Spannband aufweist und die Wärmetauscher-Anordnung einschließlich der beiden Anpressplatten derart umgibt, dass sie eine auf die beiden Anpressplatten nach innen, zur Wärmetauscher-Anordnung hin wirkenden Anpressdruck erzeugt.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 die Anordnung der Figur 1 in einem Querschnitt,

Fig. 3 ein Ausdehnungs-Temperaturdiagramm für ferritische und austeniti- sche Materialien.

Die Figuren 1 und 2 illustrieren ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Wärmetauscher-Anordnung 1 , anhand welcher das erfindungsgemäße Verfahren - ebenfalls beispielhaft - erläutert werden soll. Die Wärmetauscher-Anordnung 1 umfasst einen Plattenwärmetauscher 2 mit einer Rippe-Scheibenanordnung 3.

In alternativen Varianten des Beispiels kann die Wärmetauscher-Anordnung 1 Teil eines Rohrbündelwärmetauschers sein. Die Rippe-Scheibenanordnung 3 der in den Figuren gezeigten Wärmetauscher- Anordnung 1 weist mehrere, entlang einer Anordnungsrichtung A benachbart zueinander angeordnete Scheibenrohre in Form von Fluidscheiben 4 auf, die Fluid- kanäle für ein erstes Arbeitsmedium des Plattenwärmetauschers 2 ausbilden. Zwischen zwei benachbarten Fluidscheiben 4 ist jeweils eine Rippenstruktur 5 vorgesehen, an welcher sich die beiden Fluidscheiben 4 abstützen und welche jeweils einen Fluidkanal für ein zweites Arbeitsmedium ausbilden.

Sowohl die Fluidscheiben 4 als auch die Rippenstrukturen 5 stellen Bauteile dar, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Lötofen (nicht gezeigt) miteinander verlötet werden. Hierzu umfasst die Wärmetauscher-Anordnung 1 eine erste und eine zweite Anpressplatte 6a, 6b, welche die Wärmetauscher- Anordnung 1 entlang der Anordnungsrichtung A begrenzen. Mit anderen Worten, die Wärmetauscher-Anordnung 1 ist entlang der Anordnungsrichtung A zwischen den beiden Anpressplatten 6a, 6b angeordnet.

Wie Figur 1 erkennen lässt, weisen diese bezüglich einer Draufsicht auf die beiden Anpressplatten 6a, 6b jeweils eine im Wesentlichen rechteckförmige Gestalt auf. Die Anpressplatten 6a, 6b selbst können aus einem Metall, einer Keramik o- der einem Kohlenstoff, beispielsweise aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff, hergestellt sein. Im vorliegenden Zusammenhang schließt der Begriff„Anpressplatten" auch Bauelemente mit nicht vollständig ebenerer, also plattenartiger geometrischer Formgebung, ausdrücklich mit ein.

Zum Verlöten der Fluidscheiben 4 mit den Rippenstrukturen 5 ist die Wärmetauscher-Anordnung mit einer Spannvorrichtung 7 ausgestattet, welche drei Spannbänder 8a, 8b, 8c aufweist. Letztere sind entlang einer Längsrichtung L auf den Außenseiten 9a, 8b der beiden Anpressplatten 6a, 6b vorgesehen und erstrecken sich entlang einer Querrichtung Q, die orthogonal sowohl zur Anordnungsrichtung A als auch zur Längsrichtung L verläuft. Die Spannbänder 8a-8c der Spannvor- richtung 7 sind dabei derart an den Anpressplatten 6a, 6b angebracht, dass diese jeweils eine auf die beiden Anpressplatten 6a, 6b nach innen, zur Rippe- Scheibenanordnung 3 hin wirkenden Anpressdruck p erzeugen.

Zu diesem Zweck ist jedem der drei Spannbänder 8a-8c jeweils auf jeder der beiden Außenseiten 9a, 9b der Druckplatten 6a, 6b eine Führungseinrichtung 10a-10f angebracht. Jede der Führungseinrichtungen 10a-10f weist einen Führungsblock 1 1 a-1 1f auf, der sich entlang der Querrichtung Q auf den Außenseite 9a bzw. 9b der Anpressplatten 6a, 6b erstreckt. Jeder Führungsblock 1 1 a-1 1f liegt dabei mit einer ersten Seite auf der jeweiligen Außenseite 9a, 9b der beiden Anpressplatten 6a, 6b an. Demgegenüber liegen die Spannbänder 8a-8c auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, von der jeweiligen Anpressplatte 6a, 6b abgewandten zweiten Seite auf dem ihnen zugeordneten Führungsblock 1 1 a-1 1f an. Hierzu können die Spannbänder 8a-8c beispielsweise mit Hilfe eines druckluftgetriebenen oder elektrisch angetriebenen Spannmechanismus (nicht gezeigt) gespannt werden, welcher eine flexible Einstellung des auf die beiden Anpressplatten 6a, 6b wirkenden und von diesen wiederum auf die Wärmetauscher-Anordnung 1 ausgeübten Anpressdrucks p erlaubt.

Im Rahmen des hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahrens können die Spannbänder 8a-8c - in den Führungsblöcken 1 1 a-1 1f anliegend - an der Wärmetauscher-Anordnung 1 festgezurrt und gespannt werden. Nach einem solchen Festzurren werden die beiden Enden eines jeweiligen Spannbandes 8a, 8c mittels Verschweißen, Vercrimpen, Aneinanderklammern oder einem anderen geeigneten Verfahren aneinander fixiert.

Anschließend wird die Wärmetauscher-Anordnung 1 in einem weiteren Verfahrensschritt in einen Hochtemperatur-Lötofen eingebracht, in welchem die zu verlötenden Bauteile - insbesondere die Fluidscheiben 4 und die Rippenstrukturen 5 der Wärmetauscher-Anordnung 1 - miteinander verlötet werden. In einer Variante des Verfahrens können die Anpressplatten 6a, 6b und alternativ oder zusätzlich auch die Spannbänder 8a-8c nach dem Lötvorgang am Wärmetauscher verbleiben.

Ein zusätzlicher, beim Verlöten in einem Lötofen auf die Rippe-Scheibenanordnung 3 wirkender Anpressdruck kann von den drei Spannbändern 8a-8c erzeugt werden, wenn für diese ein Material gewählt wird, welches einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist als das Material der zu verlötenden Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung 1 . Denn das Erhitzen der Wärmetauscher-Anordnung 1 einschließlich der Spannbänder 8a-c im Lötofen führt dazu, dass die Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung 1 sich stärker nach außen ausdehnen als das sie umgebende Spannband, wodurch besagter zusätzlicher Anpressdruck erzeugt wird.

Besonders zweckmäßig empfiehlt es sich daher, als Material für die zu verlötenden Komponenten der Wärmetauscher-Anordnung 1 einen austenitischen Edelstahl und als Material für das Spannband einen ferritischen Stahl zu wählen, da Austenite im Allgemeinen einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen als Ferrite. Dies belegt Figur 3, welches ein Ausdehnungs-Temperatur- Diagramm zeigt, in welchem die relative Längenänderung eines Metalls - bei einer Ausgangslänge von 100mm - als Funktion seiner Temperatur T gezeigt ist, und zwar zum einen für ein ferritisches Metall - der entsprechende Graph ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 20a bezeichnet - und zum anderen für ein austenitisches Metall, dessen Graph ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 20b bezeichnet ist. Der Graph 20c zeigt die Differenz der Graphen 20a, 20b.

Da sich die Kristallstruktur eines Ferrits bei ca. 900°C von α (krz) auf γ (kfz) ändert und diese Umwandlung mit einer Volumenkontraktion, beispielsweise von ca. 1 % und einer Längenschrumpfung, beispielsweise von ca. 0,35%, verbunden ist, er- fahren die Spannbänder 8a-8c bei der genannten Temperatur eine zusätzliche Kontraktion. Dieser Effekt kann in einem Hochtemperatur-Lötofen ausgenutzt werden, in dem die gesamte Anordnung 1 einschließlich der Spannbänder 8a-8c auf eine Temperatur von über 1000°C erhitzt wird. Besagter Effekt bewirkt in den Spannbändern 8a-8c eine zusätzliche Kontraktion, wodurch der von ihnen erzeugte Anpressdruck nochmals erhöht werden kann.

Claims

Ansprüche

1 . Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers,

umfassend die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Wärmetauscher-Anordnung (1 ) mit wenigstens zwei entlang einer Anordnungsrichtung (A) benachbart zueinander angeordneten und miteinander zu verlötenden Bauteilen,

b) Anordnen einer ersten Anpressplatte (6a) an der Wärmetauscher-Anordnung (1 ), welche diese entlang der Anordnungsrichtung (A) begrenzt, und Anordnen einer zweiten Anpressplatte (6b) an der Wärmetauscher-Anordnung (1 ), welche diese entgegen der Anordnungsrichtung (A) begrenzt, so dass die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) entlang der Anordnungsrichtung (A) zwischen den beiden Anpressplatten (6a, 6b) angeordnet ist,

c) Anbringen einer Spannvorrichtung (7), die wenigstens ein Spannband (8a, 8b, 8c) umfasst, an den Anpressplatten (6a, 6b), derart, dass diese jeweils eine auf die beiden Anpressplatten (6a, 6b) nach innen, zur Wärmetauscher- Anordnung (1 ) hin wirkenden Anpressdruck erzeugt, so dass dieser von den beiden Anpressplatten (6a, 6b) auf die zu verlötenden Bauteile übertragen wird,

d) Verlöten der wenigstens zwei entlang der Anordnungsrichtung (A) benachbarten Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung (1 ).

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Spannband (8a-8c) derart an der Wärmetauscher- Anordnung (1 ) angebracht wird, dass es diese entlang einer Umfangs chtung vollständig umlaufend einfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Verfahrensschritt c) die folgenden beiden Unterschritte c1 ) und c2) aufweist:

c1 ) Festzurren und Spannen des wenigstens einen Spannbandes (8a-8c), c2) Aneinanderfügen der beiden Enden des wenigstens einen Spannbandes (8a-8c), insbesondere mittels Verschweißen, Vercrimpen oder Aneinander- klammern.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Festzurren und Spannen gemäß Schritt c1 ) unter Verwendung eines druckluftgetriebenen oder elektrisch angetriebenen Spannmechanismus erfolgt, wobei mittels des Spannmechanismus der auf die Anpressplatten (6a, 6b) wirkende Anpressdruck eingestellt werden kann.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die beiden Anpressplatten (6a, 6b) bezüglich einer durch die Anordnungsrichtung (A) definierten Draufsicht auf die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) im Wesentlichen eine rechteckförmige Gestalt aufweisen,

sich das wenigstens eine Spannband (8a-8c) bezüglich dieser Draufsicht jeweils entlang einer orthogonal zur Anordnungsrichtung (A) verlaufenden Querrichtung (Q) auf den beiden Anpressplatten (6a, 6b) erstreckt, das Spannband (8a-8c) die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) einschließlich der beiden Anpressplatten (6a, 6b) in einem Querschnitt der Wärmetauscher- Anordnung (1 ) vollständig umlaufend einfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

auf den Außenseiten (9a, 9b) der beiden Anpressplatten (6a, 6b) entlang einer Längsrichtung (L), die sowohl quer zur Anordnungsrichtung (A) als auch zur Querrichtung (Q) verläuft, wenigstens zwei, vorzugsweise drei, im Abstand zueinander angeordnete Spannbänder (8a-8c), vorgesehen sind, die sich auf den Außenseiten (9a, 9b) der beiden Anpressplatten (6a, 6b) jeweils entlang der Querrichtung (Q) erstrecken.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Anpressplatten (6a, 6b) und/oder die Spannbänder (8a-8c) nach dem Lötvorgang an der Wärmetauscher-Anordnung (1 ) verbleiben.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

auf einer von der Wärmetauscher-Anordnung (1 ) abgewandten Außenseite (9a, 9b) der beiden Anpressplatten (6a, 6b) jeweils wenigstens eine Führungseinrichtung (10a-10f) vorgesehen ist, in welche das Spannband (8a-8c) in Schritt c) eingelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Führungseinrichtung (10a-10f) einen Führungsblock (1 1 a-1 1 f) umfasst, der sich entlang der Querrichtung (Q) auf der Außenseite (9a, 9b) der Anpressplatte (6a, 6b) erstreckt, der Führungsblock (1 1 a-1 1 f) mit einer ersten Seite auf der Außenseite (9a, 9b) der Anpressplatte (6a, 6b) anliegt,

das Spannband (8a-8c) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden, von der Anpressplatte (6a, 6b) abgewandten zweiten Seite auf dem Führungsblock (1 1 a-1 1f) anliegt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Material des Spannbands (8a-8c) einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist als das Material der zu verlötenden Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung (1 ).

1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die wenigstens zwei Bauteile der Wärmetauscher-Anordnung (1 ) aus einem Edelstahl, vorzugsweise aus einem austenitischen Edelstahl, hergestellt sind, und/oder dass

das wenigstens eine Spannband (8a-8c) aus einem anderen Stahl, vorzugsweise aus einem ferritischen Stahl, hergestellt sind.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) Teil eines Plattenwärmetauschers oder eines Schichtwärmetauschers oder eines Rohrwärmetauschers , insbesondere eines Rohrbündelwärmeübertragers, U-Rohr-Wärmeübertragers und Mantelrohrwärmeübertragers, ist.

13. Anordnung zum Verlöten von Bauteilen eines Wärmetauschers, mit einer Wärmetauscher-Anordnung (1 ), die wenigstens zwei entlang einer Anordnungsrichtung (A) benachbart zueinander angeordnete und miteinander zu verlötende Bauteile aufweist,

mit einer ersten und einer zweiten Anpressplatte (6a, 6b), welche die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) entlang der Anordnungsrichtung (A) begrenzen, wobei die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) entlang der Anordnungsrichtung (A) zwischen den beiden Anpressplatten angeordnet ist,

mit einer Spannvorrichtung (7), welche wenigstens ein Spannband (8a-8c) umfasst und die Wärmetauscher-Anordnung (1 ) einschließlich der beiden Anpressplatten (6a, 6b) derart umgibt, dass sie eine auf die beiden Anpressplatten (6a, 6b) nach innen, zur Wärmetauscher-Anordnung (1 ) hin wirkenden Anpressdruck erzeugt, so dass dieser von den beiden Anpressplatten (6a, 6b) auf die zu verlötenden Bauteile übertragbar ist.