Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Es ist bekannt, Wärmetauscher und insbesondere Wärmetauscher für den Kfz- Sektor aus Aluminiumwerkstoffen herzustellen. Einerseits wird durch den Einsatz von Aluminiumwerkstoffen Gewicht eingespart und somit insgesamt der Kraftstoff- verbrauch verringert, zudem werden vermehrt Aluminiummotoren eingesetzt, so dass eine homogene chemische Materialauswahl stattfindet.

Derartige Wärmetauscher werden üblicherweise aus oben und unten liegenden Sammelrohren und dazwischen angeordneten Wärmetauscherrohren zusammen- gelötet, wobei zusätzlich zur Erhöhung der Wärmetauscherleistung Lamellen eingesetzt werden.

Die konventionellen Verfahren zum Herstellen derartiger Aluminiumwärmetauscher erfordern den Einsatz von Flussmitteln, um an den Verbindungsstellen die störenden, sehr zähen und sich spontan neubildenden Oxidhäute auf dem Aluminium zu beseitigen und um eine verstärkte Oxidation während der Aufheizphase sowie eine Neuoxidation zu verhindern. Nachteil dieser Flussmittel ist (nicht nur beim Löten von Aluminium) der größere Anteil an korrosiv wirkenden Verbindungen im Flussmittel, so dass die Flussmittelreste nach dem Löten sehr sorgfältig entfernt werden müssen. Diese Nachbehandlung ist aufwendig und kostenintensiv. Zudem gibt es Schwierigkeiten, insbesondere wegen der Konstruktion der Wärmetauscher, die Flussmittel nach dem Löten restlos zu entfernen.

Es wurden daher geeignete Verfahren entwickelt, die ein flussmittelfreies Löten von Aluminium erlauben. Es handelt sich hierbei um sogenanntes Ofenlöten in einer Sauerstoff- und feuchtigkeitsarmen Atmosphäre, damit eine Oxidation der Verbindungsstellen während des Lötprozesses vermieden wird. Außerdem wird durch spezielle Maßnahmen dafür Sorge getragen, dass die unmittelbar vor dem Löten auf den Oberflächen der Flügelteile stets vorhandenen Oxidschichten die Benetzung durch das schmelzflüssige Lot nicht verhindern. In der Regel wird dabei mit lotplattiertem Halbzeug gearbeitet.

Um eine sauerstoffarme Atmosphäre sicher zu stellen, wird häufig im Vakuum gelötet.

Vorbereitend für das Vakuumlöten müssen die Aluminiumoberflächen entfettet und gereinigt werden. Nach dem Lötvorgang im Hochvakuum werden die Lötöfen mit trockenem Stickstoff belüftet und abgekühlt. Dabei bildet sich auf den inneren O- berflächen keine oder nur eine sehr dünne Passivschicht aus Aluminiumoxid aus, so dass solche Wärmetauscher, wenn man sie mit protischen Medien wie Wasser und insbesondere dehydratisiertem Wasser belastet, unter Wasserstoffentwicklung und Aluminiumhydroxidbildung reagieren. Die Ausbildung von Wasserstoff stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, wobei bei Plattenwärmetauschern, die keine ausreichend dicke und geschlossene Passivschicht aufweisen, im späteren Einsatz auch dann eine Gefährdung eintritt, wenn bei Gasen, die geringste Spuren von Quecksilber enthalten, letzteres elementar in diesen Tauschern kondensiert und sich dort anreichert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Wärmetauschern zu schaffen, bei dem die Wärmetauscher im Einsatz eine ausreichende Stabilität gegen Korrosion besitzen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, nach dem erfolgten Vakuumlöten der Wärmetauscher aus Aluminium eine Nachpassivierung der inneren Oberflächen dadurch vorzusehen, indem feuchte Luft bei Umgebungstemperatur oder erhöhten Temperaturen für einige Zeit durch den Kühler hindurchgeleitet wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird sogenanntes Brunnenwasser durch den Kühler geleitet und ein Test auf Wasserstoffentwicklung durchgeführt. Da bei der Reaktion mit Brunnenwasser, welches hohe Kalkgehalte besitzt, zuvor gebildetes Aluminiumoxid in ein stabiles Calciumaluminat umgewandelt wird, kann Calcium eine partiell vorhandene Passivschicht aus Aluminiumoxid komplettieren. Selbstverständlich kann anstelle von Brunnenwasser auch ein künstlich hergestelltes Brunnenwasser mit entsprechenden Calciumgehalten hergestellt werden, indem z. B. eine Kalkmilch mit unterschiedlichen Konzentrationen verwendet wird.

Gegenüber der Verwendung von feuchter Luft können hierdurch die Behandlungszeiten gesenkt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt hierbei:

Figur 1 die Wasserstoffentwicklung in einem vakuumgelöteten Kühler mit einem Kühlervolumen von ca. zehn Litern über die Zeit.

Bezüglich der Erfindung wurden Versuche durchgeführt, wobei im Versuch ein Testkühler mit einer Flüssigvolumenaufnahme von neun bis zehn Litern nach dem Vakuumlötverfahren hergestellt wird. Durch einen entsprechenden Testkühler wird Wasser mit Hilfe einer Schlauchpumpe zirkuliert.

In Figur 1 ist dargestellt, wie ein frisch gelöteter Aluminiumkühler, der sich in Kon- takt mit demineralisiertem Wasser befindet, im Zeitraum von vier Tagen etwa 100 Liter Wasserstoff erzeugt.

Im Versuch bleibt diese Wasserstoffentwicklung aus, wenn

1. die Kühler mit Brunnenwasser gespült werden, d. h. einem Wasser mit einem hohen Anteil von Calcium (beispielsweise 30 bis 80 mg/l),

2. ein Kühler zunächst mit Brunnenwasser und anschließend mit demineralisiertem bzw. voll entsalztem Wasser gespült wird,

3. in einem Versuch bei Raumtemperatur ein feuchter Luftstrom durch den Kühler geführt wird, wobei das Kühlervolumen zehnmal pro Stunde durch den Kühler hindurchgeführt wird.

Das verwendete Brunnenwasser hat einen pH-Wert von 7,5 und ein Calciumgehalt von 62 mg/1.

Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch die Spülung mit Brunnenwasser schnell und effektiv entsprechende Kühler derart passiviert werden können, dass eine erhöhte Betriebssicherheit gegenüber nicht verfahrensgemäß behandelten Kühlern besteht und insbesondere in der Anwendung kein Wasserstoff freigesetzt wird und auch eine ausreichende Passivierung dann vorhanden ist, wenn durch zu kühlende Gase Quecksilber an die Oberfläche gelangt.