Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher mit einem Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung und mit einem auf den Grundwerkstoff aufplattierten Aluminiumwerkstoff.

Stand der Technik

Um die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen der Reihe 3000 bzw. 6000 für einen Wärmetauscher zu verbessern, ist es bekannt (EP 1 090 745 B1), diesen Grundwerkstoff mit einem als Opferanode dienen¬ den Aluminiumwerkstoff der Reihe 7000 zu plattieren. Die gegenüber dem Grundwerkstoff höhere Festigkeit der aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 ergibt eine höhere Gesamtfestigkeit des Werkstoffverbundes mit dem Vorteil, daß die Wanddicken der aus diesem Verbundwerkstoff gefertigten Teile eines Wärmetauschers ohne Festigkeitsverlust im Vergleich zu Teilen aus einem nichtplattierten Grundwerkstoff verringert werden können. Da sich der Aluminiumwerkstoff der Reihe 7000 aufgrund des niedrigeren Schmelzpunktes nicht zum Hartlöten eignet, müssen die aus diesem Verbundwerkstoff herge¬ stellten Teile auf der der Plattierung gegenüberliegenden Seite gelötet werden, wobei entweder der Grundwerkstoff auf der der Plattierung gegenüberliegen¬ den Seiten mit einer Hartlotschicht versehen oder mit einem mit einem solchen Hartlot beschichteten Konstruktionsteil verlötet wird. Abgesehen davon, daß dieser bekannte Verbundwerkstoff nur von einer Seite her gelötet werden kann, ergibt sich hinsichtlich einer weiteren Erhöhung der Festigkeit eine Beschrän¬ kung durch den Umstand, daß der Grundwerkstoff ein bestimmtes Dickenver¬ hältnis zum aufplattierten Aluminiumwerkstoff nicht unterschreiten darf.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff auf Aluminiumbasis für einen Wärmetauscher der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß aufgrund einer Steigerung der Festigkeit die Wanddicke der aus einem solchen Verbundwerkstoff gefertigten Bauteile verringert werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 und der aufplattierte Aluminiumwerkstoff aus unlegiertem Aluminium bestehen.

Da zufolge dieser Maßnahme der Grundwerkstoff aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 besteht, kann die höhere Fe¬ stigkeit dieses Werkstoffes genützt und davon abhängig die Wanddicken der daraus gefertigten Bauteile eines Wärmetauschers vermindert werden. Der Einsatz einer aushärtbaren Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 wird trotz der für ein Hartlöten unzureichenden Temperaturfestigkeit möglich, weil auf diesen Grundwerkstoff unlegiertes Aluminium aufplattiert wird, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist und zum Hartlöten geeignet ist. Mit der auf¬ plattierten Schicht aus unlegiertem Aluminium wird somit der Grundwerkstoff aus einer Aluminiumlegierung der Reihe 7000 oder 2000 in einer mit bekannten Verbundwerkstoffen auf Aluminiumbasis vergleichbaren Art für Wärmetauscher einsatzfähig, so daß der Festigkeitsvorteil der Aluminiumlegierungen der Reihe 7000 oder 2000 voll genützt werden kann. Das zum Hartlöten benötigte Hartlot kann in an sich bekannter Weise auf die unlegierte Aluminiumschicht aufplat¬ tiert oder dem Bauteil zugeordnet werden, mit dem eine Lötverbindung herge- stellt werden soll. Da auch einander gegenüberliegende Seiten des Grund¬ werkstoffes mit unlegiertem Aluminium plattiert werden können, sind hinsicht¬ lich der Lötbarkeit von aus solchen Verbundwerkstoffen hergestellten Bauteilen keine Beschränkungen in Kauf zu nehmen.

Das aufplattierte, unlegierte Aluminium stellt nicht nur die Eignung des Ver¬ bundwerkstoffes zum Hartlöten sicher, sondern dient zugleich als Diffusions¬ sperre zwischen dem Grundwerkstoff und dem Hartlot, so daß die Lötverbin¬ dung beeinträchtigende Diffusionswirkungen unterbunden werden. Außerdem verhindert die Schicht aus unlegiertem Aluminium ein frühzeitiges Ausdampfen von Legierungselementen, beispielsweise von Zink, aus dem Grundwerkstoff während des Lötens insbesondere im Vakuum, was den Lötvorgang und in weiterer Folge die Lötverbindung nachteilig beeinflußt.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes kann einerseits von einem Barren einer Aluminiumlegierung der Reihe 7000 bzw. 2000 und anderseits von einer gewalzten, gerichteten und gesägten Platine aus unlegier¬ tem Aluminium ausgegangen werden, wobei hinsichtlich der Abmessungen des Grundbarrens und der Platine die Werkstoff- und verfahrensbedingten Brei- tungs- und Längungseffekte insbesondere im Hinblick auf die geforderte Plat¬ tierschichtdicke des fertigen Werkstoffverbundes zu berücksichtigen sind. So wurden beispielsweise ein Grundbarren aus einer Aluminiumlegierung EN AW- 7020 nach DIN EN 573-3 mit max. 0,35 Gew.% Silizium, max. 0,40 Gew.% Eisen, max. 0,20 Gew.% Kupfer, 0,05 bis 0,50 Gew.% Mangan, 1 ,0 bis 1 ,4 Gew.% Magnesium, 0,10 bis 0,35 Gew.% Chrom und 4,0 bis 5,0 Gew.% Zink und eine Platine der Legierungsreihe EN AW-1050 mit höchstens 0,5 Gew.% an anderen chemischen Elementen als Aluminium, wie Silizium und Eisen, eingesetzt.

Durch ein Bürsten werden die späteren Berührungsflächen des Grundbarrens und der Platine gereinigt und aufgerauht, bevor die gegenüber dem Grundbar¬ ren ausgerichtete Platine in ihrer Lage gegenüber dem Grundbarren durch ein Schweißen fixiert wird. Bei einer beidseitigen Plattierung des Grundbarrens mit unlegiertem Aluminium sind entsprechende Aluminiumplatinen auf gegenüber¬ liegenden Seiten des Grundbarrens vorzusehen. Soll für eine zusätzliche Hart¬ lotschicht gesorgt werden, so ist auf die Aluminiumplatine eine Hartlotplatine aufzusetzen und ebenfalls durch ein Schweißen zu fixieren. Als Hartlot kann z. B. eine Platine aus einer Aluminiumlegierung EN AW-4045 mit 9,0 bis 11 ,0 Gew.% Silizium, 0,80 Gew.% Eisen, 0,30 Gew.% Kupfer, 0,05 Gew.% Magne¬ sium, 0,05 Gew.% Chrom und 0,10 Gew.% Zink Verwendung finden.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Werkstoffkombination werden die Schwei߬ nähte so angebracht, daß beim Plattierwalzen eine Faltenbildung vermieden und gegebenenfalls zwischen dem Grundbarren und der Platine bzw. zwischen den Platinen eingeschlossene Luft an lokal vorgesehenen Stellen ausgewalzt werden kann. Der in dieser Weise vorbereitete Walzverbund wird anschließend auf Warmwalztemperatur erwärmt, um anschließend den Verbundwerkstoff durch ein Warmwalzen in Form eines Warmbandes herzustellen. Nach einer entsprechenden Abkühlphase wird der Verbundwerkstoff durch weitere Bear¬ beitungsschritte, beispielsweise durch Kaltwalzen, Recken, Entfetten, Wärme¬ behandeln, Längsteilen und Ablängen, zum gewünschten Halbzeug verarbeitet.