Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmeübertraqers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Sammlers (auch als Header bezeichnet) mit einem Plattenwärmeübertragerblock sowie einen

Plattenwärmeübertrager.

Aus dem Stand der Technik sind Plattenwärmeübertrager bekannt, welche dazu eingerichtet sind, die Wärme von einem ersten Fluid indirekt auf ein anderes, zweites Fluid zu übertragen. Dabei werden die Fluide im Plattenwärmeübertrager in separaten Wärmeaustauschpassagen des Plattenwärmeübertragerblocks geführt. Diese werden durch je zwei parallele Trennwände des Plattenwärmeübertragerblocks begrenzt, zwischen denen jeweils ein Heizflächenelement angeordnet ist, das auch als Fin oder Lamelle bezeichnet wird. Derartige Plattenwärmeübertrager sind z.B. in„The Standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association" ALPEMA, Third Edition, 2010 gezeigt und beschrieben (vgl. Figur 1). Ein solcher Plattenwärmeübertrager weist einen Plattenwärmeübertragerblock auf, der mehrere parallel zueinander angeordnete Trennwände in Form von Trennblechen aufweist, die eine Vielzahl von

Wärmeaustauschpassagen für die miteinander in indirekte Wärmeübertragung zu bringenden Fluide bilden. Der Wärmeaustausch zwischen den am Wärmeaustausch teilnehmenden Fluiden findet dabei zwischen benachbarten

Wärmeaustauschpassagen statt, wobei die Wärmeaustauschpassagen und somit die Fluide durch die Trennwände voneinander getrennt sind. Der Wärmeaustausch erfolgt mittels Wärmeübertragung über die Trennwände sowie die zwischen den

Trennwänden angeordneten Heizflächenelemente, die auch als Fins bezeichnet werden. Die Wärmeaustauschpassagen sind durch bündig am Rand der Trennbleche angebrachte Seitenleisten in Form von Blechstreifen, die auch als Sidebars bezeichnet werden, nach außen hin abgeschlossen. Der Plattenwärmeübertragerblock ist des Weiteren durch zwei äußerste Deckwände in Form von Deckblechen nach außen begrenzt. Die beiden Deckwände werden dabei jeweils durch eine äußerste

Trennwand des Plattenwärmeübertragers gebildet. Zur Zu- und Abführung der wärmeaustauschenden Fluide sind über Eintritts- und Austrittsöffnungen der Wärmeaustauschpassagen Sammler mit Stutzen angebracht, die zum Anschluss von zu- und abführenden Rohrleitungen dienen. Derartige Plattenwärmetauscher sind vorzugsweise aus Aluminium gebildet, wobei die Bauteile durch Hartlöten miteinander verbunden werden. Die mit Lot versehenen Heizflächenelemente, Trennbleche, Deckbleche und Sidebars werden aufeinander gestapelt und anschließend in einem Ofen zu einem Wärmeübertragerblock

hartgelötet. Auf den Wärmeübertragerblock werden anschließend die Sammler mit Stutzen aufgeschweißt.

Bei Plattenwärmeübertragern aus Aluminium, insbesondere für den Einsatz bei der Verarbeitung von Ethylen, Erdgas, Kondensat aus Erdgasquellen, Rohöl und

Erdölderivaten, kann bei magnesiumhaltigen Aluminium-Werkstoffen bzw. - Legierungen in Anwesenheit von Verunreinigungen (z.B. an Quecksilber) LME (für Liquid Metal Embrittlement, zu Deutsch: Flüssig-Metall-Versprödung) auftreten. Der Effekt der Flüssig-Metall-Versprödung tritt insbesondere im Fall des Kontakts zwischen einem flüssigen Metall und einem strukturellen Material bzw. Metall auf, wie z.B. beim Verbinden von Metallen durch Löten oder Schweißen.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden eines Sammlers mit einem Plattenwärmeübertragerblock bereitzustellen, das das Risiko einer Flüssig-Metall-Versprödung reduziert. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach weist das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte auf:

Bereitstellen eines Plattenwärmeübertragerblocks sowie Bereitstellen eines Sammlers, wobei der Sammler zumindest teilweise oder vollständig aus einer

ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierung besteht, insbesondere vom Typ 6XXX, die sich insbesondere im Zustand T4 befindet, Anschweißen des Sammlers an den Plattenwärmeübertragerblock, so dass der Sammler in Strömungsverbindung mit den Wärmeaustauschpassagen steht, und Warmauslagern des

Plattenwärmeübertragerblocks samt Sammler. Bei einer Ausscheidungshärtung handelt es sich um eine Wärmebehandlung einer Aluminiumlegierung zum Erhöhen der Härte und Festigkeit der Legierung. Hierbei werden sekundäre Phasen im Werkstoff abgeschieden, die sich insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur bilden und deren Löslichkeit insbesondere mit fallender Temperatur sinkt, wobei diese Phasen ein wirksames Hindernis für

Versetzungsbewegungen darstellen.

Eine ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierung ist daher im Sinne der vorliegenden Erfindung als eine Aluminiumlegierung zu verstehen, die bei einer derartigen

Wärmebehandlung eine Erhöhung ihrer Härte und/oder Festigkeit erfährt, die insbesondere auf die Abscheidung der oben genannten Phasen zurückzuführen ist. Aushärtbare Aluminiumlegierungen sind z.B. AICu, AICuMG, AlZnMgCu, AlZnMg und AlMgSi. Die Bezeichnung 6XXX ist hierbei eine Typenbezeichnung für Aluminiumlegierungen gemäß ASME See. II, Part B, SB209, SB221 , SB234, SB241. Im folgenden werden Aluminiumlegierungen nach dieser Norm angegeben. Bei der Bezeichnung 6XXX steht XXX als Platzhalter für alle möglichen Legierungen dieses Typs, z.B. 6061 (dies gilt analog für den Typ 3XXX, siehe unten).

T4 bezeichnet dabei einen Zustand der Aluminiumlegierung, in dem diese bereitgestellt wird, nach der Norm ASTM B918/B918M und zwar, dass der Werkstoff bzw. die Aluminiumlegierung lösungsgeglüht und kaltausgelagert ist (nach ASTM B918/B918M wird das Lösungsglühen bei einer Temperatur im Bereich von 516°C bis 579°C durchgeführt, wobei die Abschrecktemperatur bei maximal 43°C liegt).

In Bezug auf das LME liegen der Erfindung die folgenden Erkenntnisse zugrunde. Je höher der Gehalt an Magnesium (Mg) im Werkstoff (Grundwerkstoff bzw.

Schweißzusatz) ist, desto größer ist wegen der Bildung von zusammenhängenden Ausscheidungen an ß-Phase (AI ₂ Mg ₃ ) an den Korngrenzen die Gefahr von LME. Bei einem Mg-Gehalt unterhalb von 1 ,2 Gew.-% besteht praktisch keine Gefahr mehr von LME, wie aus dem Phasendiagramm von Al-Mg ersichtlich ist (vgl. Fig. 1 ). Bei

Verwendung einer AlMgSi- bzw. AlMgSiCu- oder AlMgSiMn-Legierung mit einem Mg- Gehalt kleiner oder gleich 1 ,2 Gew.-% und einem Si-Gehalt von 0,2 bis 1 ,7 Gew.-% kann LME vermieden werden (siehe Phasendiagramm Al-Mg gemäß Fig. 1). Je größer weiterhin die Dicke der durch das flüssige Medium berührten Aluminium-Oxidschicht ist, desto sicherer kann LME vermieden werden.

Die Aluminiumlegierungen 6XXX enthalten Mg und Si als Hauptlegierungsbestandteile, und zwar Mg im Bereich von 0,2 Gew.-% bis 1 ,4 Gew.-% und Si im Bereich von 0,2 Gew.-% bis 1 ,8 Gew.-%. Derartige Aluminiumlegierungen scheinen daher zunächst als Grundwerkstoff für Sammler und Stutzen bei einem Plattenwärmeübertrager geeignet zu sein, insbesondere zur Vermeidung von LME.

Problematisch bei der Verwendung einer Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX (z.B. 6061) für Sammler (Header) und Stutzen bei Aluminium-Plattenwärmeübertragern ist jedoch der Umstand, dass diese unter Umständen einen starken Festigkeitsabfall in der Wärmeeinflusszone durch die Wärmebeeinflussung beim Schweißen zeigen. So zeigen z.B. die üblicherweise verwendeten 6061 T6/T6XX-Bleche einen

Festigkeitsabfall durch die Wärmebeeinflussung von 290 MPa auf 166 MPa, was eine Wanddickenerhöhung von 43% zur Kompensation des Festigkeitsabfalls erfordert. Der Zustand T6 (bzw. T6XX) bezeichnet hierbei eine Legierung, die lösungsgeglüht und warmausgelagert wird (nach ASTM B918/B918M), wobei zusätzlich zum

Lösungsglühen und Warmauslagern ggf. weitere Behandlungen und/oder eine spezielle Kontrolle des Verfahrens vorgenommen werden (z.B. Entspannen durch kontrolliertes Recken).

Die Festigkeit in der Wärmeeinflusszone bei der Verwendung von 6XXX T6- bzw.

6XXX T6XX-Aluminiumblechen kann theoretisch durch einen vollständigen

Aushärtevorgang, bestehend aus Lösungsglühen, Abschrecken in Wasser und

Wärmeauslagern wieder auf den T6-Zustand gesteigert werden. Dieser Vorgang ist jedoch aufgrund der entstehenden Spannungen am Plattenwärmeübertragerblock nachteilig.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und schlägt vor, stattdessen als Sammler- und Stutzen-Material eine Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX im Ausgangszustand T4 zu verwenden (z.B. 6061 T4). Durch den Ausgangszustand T4 kann mit Vorteil gegenüber Verwendung des Ausgangszustandes T6/T6XX nach Schweißen und Warmauslagern eine höhere Festigkeit erzielt werden. Im Zustand T4 beträgt z.B. die Festigkeit der Aluminiumlegierung 6061 207MPa gegenüber 290 MPa im Zustand T6, wobei jedoch das 6061 T4-Ausgangsmaterial nach dem Schweißen und Warmauslagern eine höhere Festigkeit aufweist als das 6XXX T6- bzw. 6XXX T6XX-Material nach dem Schweißen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer 6061 T4 Aluminiumlegierung besteht darin, dass diese im Werkstoffzustand T4 wesentlich leichter eingewalzt werden kann als die T65/T6XX-Variante, die in dem T6/T6XX-Werkstoffzustand eine vergleichsweise höhere Werkstofffestigkeit aufweist.

Es hat sich ferner gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Warmauslagerung nach dem Fügen des Sammlers (und ggf. des Stutzens, siehe unten) eine

Festigkeitserhöhung in der Wärmeeinflusszone sowie im Schweißgut, d.h., in den Schweißnähten, erzeugt wird. Weiterhin wird in vorteilhafter Weise durch die

Warmauslagerung ein Abbau von Spannungsspitzen im Sammler, im

Plattenwärmeübertragerblock sowie in der Schweißverbindung zwischen diesen Komponenten erreicht, wodurch insbesondere eine lokale Zerstörung der

Passivschicht bzw. Oxidschicht unterdrückt wird, was entsprechend das Risiko von LME herabsetzt.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Warmauslagerung eventuell an Korngrenzen vorhandene ß-Segregate (AI ₂ g ₃ ) aufgelöst werden, was ebenfalls LME entgegenwirkt.

Schließlich wird durch das Warmauslagern die Bildung einer Oxidschicht auf dem Sammler bzw. dem Plattenwärmeübertragerblock unterstützt, die ebenfalls LME entgegenwirkt. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Warmauslagerung des gesamten

Wärmeübertragerblocks inklusive des aufgeschweißten Sammlers (sowie ggf. eines angeschweißten Stutzens, siehe unten) bei einer Temperatur von 155°C bis 190°C und einer Zeitdauer von 4 bis 18 Stunden besonders effektiv im Hinblick auf die oben dargelegten Wirkungen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Warmauslagern ein Stutzen an den Sammler angeschweißt wird, so dass der Stutzen in Strömungsverbindung mit dem Sammler steht und entsprechend ein Fluid über den Stutzen in den Sammler einleitbar oder aus diesem abziehbar ist. Bevorzugt wird dann der Plattenwärmeübertragerblock zusammen mit dem Sammler und dem an den Sammler angeschweißten Stutzen warmausgelagert. Grundsätzlich ist es möglich, zuerst den Stutzen an den Sammler anzuschweißen, wobei hiernach der Sammler samt Stutzen an den Plattenwärmeübertragerblock angeschweißt wird. Alternativ hierzu kann auch zunächst lediglich der Sammler mit dem

Plattenwärmeübertragerblock verschweißt werden und sodann der Stutzen mit dem Sammler.

Bevorzugt besteht auch der Stutzen aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX und befindet sich vor dem Anschweißen an den Sammler im Zustand T4.

Bevorzugt besteht der Sammler und/oder der Stutzen aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6061 , wobei sich der Sammler und ggf. der Stutzen - wie bereits dargelegt - vor dem Anschweißen im Zustand T4 befinden. Eine solche Aluminiumlegierung 6061 T4 weist bevorzugt die folgenden Anteile auf:

0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% Fe; 0,15 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Cu; 0 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Mn; 0,8 Gew.-% bis 1 ,2 Gew.-% Mg, 0,04 Gew.-% bis 0,35 Gew.-% Cr; 0 Gew.-% bis 0,25 Zn; 0 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Ti; weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.- % ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht überschreiten. Der restliche Anteil der 6061 T4-Legierung ist Aluminium.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht zumindest ein

Materialbereich des Plattenwärmeübertragerblocks oder der gesamte

Plattenwärmeübertragerblock, an den der Sammler angeschweißt wird, aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 3XXX. Eine solche Aluminiumlegierung vom Typ 3003 weist bevorzugt die folgenden Anteile auf: 0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% Fe; 0,05 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% Cu; 1 ,0 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-% Mn; 0 Gew.-% bis 0,1 Zn; weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.-% ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht

überschreiten. Der restliche Anteil der 3003-Legierung ist Aluminium.

Eine derartige Aluminiumlegierung vom Typ 3004 weist bevorzugt die folgenden Anteile auf: 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% Fe; 0 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% Cu; 1 ,0 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-% Mn; 0,8 Gew.-% bis 1 ,3 Gew-% Mg, 0 Gew.-% bis 0,25 Zn; weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.-% ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht

überschreiten. Der restliche Anteil der 3004-Legierung ist Aluminium. Weiterhin kann anstelle von 3003 oder 3004 auch eine Aluminiumlegierung vom Typ 3005 oder 3105 verwendet werden.

Eine derartige Aluminiumlegierung vom Typ 3005 weist bevorzugt die folgenden Anteile auf: 0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% Fe; 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Cu; 1 ,0 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-% Mn; 0,2 Gew.-% bis 0,6 Gew-% Mg,

0 Gew.-% bis 0,10 Cr; 0 Gew.-% bis 0,25 Zn; 0 Gew.-% bis 0,10 Ti. Weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.-% ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht überschreiten. Der restliche Anteil der 3005-Legierung ist Aluminium.

Weiterhin weist eine Aluminiumlegierung vom Typ 3105 bevorzugt die folgenden Anteile auf: 0 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% Fe; 0 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Cu; 0,3 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mn; 0,2 Gew.-% bis 0,8 Gew-% Mg, 0 Gew.-% bis 0,20 Cr; 0 Gew.-% bis 0,40 Zn; 0 Gew.-% bis 0,10 Ti. Weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.-% ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht überschreiten. Der restliche Anteil der 3105-Legierung ist Aluminium.

Der Sammler ist vorzugsweise als Halbzylinder ausgebildet und an seinen beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten verschlossen. Der Sammler weist

vorzugsweise einen umlaufenden Rand auf, über den der Sammler mit dem

Plattenwärmeübertragerblock bzw. dem besagten Materialbereich verschweißt wird. Die Trennwände und Fins laufen vorzugsweise senkrecht zu einer Längsachse des Sammlers, wenn dieser bestimmungsgemäß an den Plattenwärmeübertragerblock angeschweißt ist. Auf diese Weise können Austritts- bzw. Eintrittsöffnungen der jeweiligen Wärmeaustauschpassage, die jeweils durch zwei benachbarte Trennwände begrenzt wird und einen zwischen den beiden Trennwänden angeordneten Fin aufweist, in den Sammler münden. Weiterhin ist bevorzugt der zum Sammler gehörige Stutzen zylinderförmig ausgebildet und wird über eine Stirnseite des Stutzens mit dem Sammler, verschweißt, so dass der Stutzen mit einer Durchgangsöffnung des

Sammlers bzw. dem Sammler in Strömungsverbindung steht.

Der Plattenwärmeübertrager weist bevorzugt pro Fluid, das in den

Plattenwärmeübertrager geführt wird zwei Sammler mit Stutzen auf, wobei das Fluid über den einen Stutzen und Sammler in die zugehörigen Wärmeaustauschpassagen einleitbar ist und über den anderen Sammler bzw. Stutzen wieder ausleitbar ist.

Erfindungsgemäß sind bevorzugt sämtliche Sammler und zugehörige Stutzen nach dem oben anhand des eines Sammlers (und des zugehörigen Stutzens)

beschriebenen Verfahren an den Plattenwärmeübertragerblock angeschweißt.

Vorzugsweise weist der Plattenwärmeübertrager erste Wärmeaustauschpassagen für ein erstes Fluid auf, die jeweils durch zwei benachbarte Trennwände begrenzt werden und jeweils mit zwei Sammlern zum Einleiten bzw. Abziehen des ersten Fluides in Strömungsverbindung stehen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an den Plattenwärmeübertragerblock angeschweißt sind. Weiterhin weist der

Plattenwärmeübertrager bevorzugt zweite Wärmeaustauschpassagen für ein zweites Fluid auf, die jeweils durch zwei benachbarte Trennwände begrenzt werden und jeweils mit zwei weiteren Sammlern zum Einleiten bzw. Abziehen des zweiten Fluides in Strömungsverbindung stehen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an den Plattenwärmeübertragerblock angeschweißt sind. An die Sammler ist vorzugsweise je ein Stutzen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren angeschweißt. Die ersten und zweiten Wärmeaustauschpassagen sind vorzugsweise alternierend nebeneinander angeordnet, so dass die beiden Fluide durch benachbarte Wärmeaustauschpassagen strömen und indirekt Wärme miteinander austauschen können. In den

Wärmeaustauschpassagen, d.h., zwischen je zwei benachbarten Trennwänden ist bevorzugt je ein Fin angeordnet, der insbesondere eine gewellte Struktur aufweist, so dass jede Wärmeaustauschpassage eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen den beiden jeweils zugeordneten Trennwänden ausbildet, durch die das jeweilige Fluid strömen kann. Die Trennwände und/oder die Fins sind vorzugsweise aus einer

Aluminiumlegierung vom Typ 3XXX gebildet (siehe oben), insbesondere 3003, 3004, 3005 oder 3105. Die Sidebars und Deckwände sind ebenfalls vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 3XXX gebildet (insbesondere 3003, 3004, 3005 oder Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für die Schweißverbindung zwischen dem Sammler und dem Plattenwärmübertragerblock bzw. zwischen dem Stutzen und dem Sammler ein Schweißzusatz verwendet, der in seiner Festigkeit durch einen Warmauslagerprozess gesteigert werden kann. Vorzugsweise weist der Schweißzusatz einen Mg-Anteil von 0,1 Gew.-% bis 1 ,2% auf. Der Schweißzusatz ist ein Werkstoff, der beim Schweißen dazugegeben wird und mit dem Material des Sammlers und des Plattenwärmeübertragers bzw. des Sammlers und des Stutzens verschmolzen wird. Bevorzugt wird als Schweißzusatz ER4643 oder ER4943 (gemäß Norm ASME See. II Part C, SFA 5.10) für sämtliche Schweißnähte zwischen dem Sammler und dem Block sowie zwischen dem Sammler und dem Stutzen verwendet. Der Schweißzusatz ER4643 besteht aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 4643, die folgende Anteile aufweist: 3,6 Gew.-% bis 4,6 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Fe; 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Cu; 0 Gew.-% bis 0,05 Gew.-% Mn; 0,1 Gew.-% bis 0,3 Gew.-% Mg; 0 Gew.-% bis 0,10 Zn; 0 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Ti; 0 Gew.-% bis 0,0003 Gew.-% Be; weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.-% ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht

überschreiten. Der restliche Anteil des Schweißzusatzes ER4643 ist Aluminium.

Der Schweißzusatz ER4943 besteht aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 4943, die folgende Anteile aufweist: 5,0 Gew.-% bis 6,0 Gew.-% Si; 0 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Fe; 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Cu; 0 Gew.-% bis 0,05 Gew.-% Mn; 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Mg; 0 Gew.-% bis 0,10 Zn; 0 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Ti; 0 Gew.-% bis 0,0003 Gew.-% Be; weiterhin können weitere Komponenten vorhanden sein, die einzeln bis zu 0,05 Gew.-% ausmachen und insgesamt 0,15 Gew.-% nicht

überschreiten. Der restliche Anteil des Schweißzusatzes ER4943 ist Aluminium.

Hierdurch wird mit Vorteil die Gefahr von Wiederaufschmelzrissen beim Schweißen sowie von LME im Betriebseinsatz vermieden, die bei Verwendung eines

Schweißzusatzes mit einem Mg-Gehalt oberhalb von 3 Gew.-% (z.B. ER5183, ER5356 oder ER5556) deutlich erhöht ist. Weiterhin wird hierdurch auch der starke

Festigkeitsabfall vermieden, der im Schweißgut bzw. der betreffenden Schweißnaht bei Verwendung eines für die Legierungsserie 6XXX typischen Schweißzusatzes mit einem Mg-Gehalt unterhalb von 0,1 Gew.-% (z.B. ER4043, ER4047) auftritt. Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein Stützelement, das auch als Schweißunterlage bezeichnet wird, am Sammler fixiert wird, insbesondere an einer dem Plattenwärmeübertragerblock im angeschweißten Zustand zugewandten Innenseite des Sammlers, und der Sammler über das

Stützelement am Plattenwärmeübertrager abgestützt wird, so dass ein vordefinierter Spalt zwischen einem Rand des Sammlers und einem dem Rand gegenüberliegenden Materialbereich des Plattenwärmeübertragerblocks gebildet wird, wobei vorzugsweise zum Anschweißen des Sammlers an den Materialbereich des

Plattenwärmeübertragerblocks, der Rand des Sammlers mit dem Materialbereich durch Ausbilden einer den Rand mit dem Materialbereich verbindenden Schweißnaht verschweißt wird. Hierbei wird bevorzugt der oben beschriebene Schweißzusatz zugegeben. Aufgrund des Stützelements bzw. der Schweißunterlage wird verhindert, dass flüssiges Schweißgut in den Innenraum des Sammlers hineinfließt. Vielmehr bildet die Schweißunterlage eine Barriere für das Schweißgut und begrenzt somit die Schweißnaht zum Innenraum des Sammlers hin.

Zum Anschweißen des Sammlers an den Plattenwärmeübertragerblock bzw. des Stutzens an den Sammler können geeignete Schweißverfahren verwendet werden, insbesondere Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) oder MIG (Metallschweißen mit inerten Gasen nach EN ISO 4063).

Vorzugsweise wird während des Schweißens ein Schutzgas verwendet, das einen Volumenprozentanteil von mindestens 50% Helium, insbesondere (genau) 50% Helium, aufweist, wodurch ein Vorwärmen der zu verschweißenden Bauteile nicht mehr notwendig ist. Besonders bevorzugt wird als Schutzgas eine Gasmischung aus Helium und Argon und ggf. Dotierungen von Stickstoff, Sauerstoff und Stickoxid NO verwendet. Die Dotierungen liegen vorzugsweise im einstelligen oder zweistelligen ppm (parts per million) Bereich. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager, mit: einem Plattenwärmeübertragerblock, der eine Mehrzahl an

Wärmeaustauschpassagen zur Aufnahme eines Fluides aufweist, einem mit dem Plattenwärmeübertrager verbundenen Sammler, der mit den

Wärmeaustauschpassagen in Strömungsverbindung steht, so dass das Fluid über den Sammler in die Wärmeaustauschpassagen einleitbar oder aus diesen abziehbar ist, wobei der Sammler aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX beseht, sowie insbesondere mit einem mit dem Sammler verbundenen Stutzen, der mit dem Sammler in Strömungsverbindung steht, so dass das Fluid über den Stutzen in den Sammler einleitbar oder aus diesem abziehbar ist, wobei insbesondere der Sammler aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX besteht, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Sammler, sowie vorzugsweise auch der Stutzen, mittels eines

erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Plattenwärmeübertragerblock verbunden ist.

Insbesondere kann der Plattenwärmeübertrager - wie oben bereits beschrieben - natürlich auch mehrere Sammler und insbesondere je einen mit dem jeweiligen

Sammler verbundenen Stutzen aufweisen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen bei den

nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Phasendiagramms der Legierung Al-Mg;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Plattenwärmeübertragers, bei dem die Sammler und die Stutzen mit dem erfindungsgemäßen

Verfahren mit dem Plattenwärmeübertragerblock verbunden sind; und

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Schweißunterlage, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.

Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des eingangs genannten Zusammenhangs zwischen dem Mg-Gehalt des Sammlerwerkstoffs und des Risikos einer Flüssig-Metall- Versprödung (LME) ein Phasendiagramm des Systems Al-Mg. Wie dem

Phasendiagramm zu entnehmen ist, befindet man sich bei einem Mg-Gehalt unterhalb von 1 ,2 Gew.-% (der Mg-Gehalt ist auf der Abszisse in Gew.-% angegeben) über den gesamten Temperaturbereich (in °C auf der Ordinate) in einem Einphasengebiet (AI bzw. α-Phase), in dem die ß-Phase (AI ₂ Mg ₃ ) nicht auftritt, was das Risiko von LME deutlich herabsetzt. Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertrager 10, der mehrere parallel zueinander angeordnete Trennwände in Form von Trennblechen 4, aufweist, die eine Vielzahl von Wärmeaustauschpassagen 1 für die miteinander in indirekte Wärmeübertragung zu bringenden Fluide A, B, C, D, E bilden. Die Trennwände bestehen insbesondere aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 3003. Der

Wärmeaustausch zwischen den am Wärmeaustausch teilnehmenden Fluiden findet dabei zwischen benachbarten Wärmeaustauschpassagen 1 statt, wobei die

Wärmeaustauschpassagen 1 und somit die Fluide durch die Trennbleche 4 voneinander getrennt sind. Der Wärmeaustausch erfolgt mittels Wärmeübertragung über die Trennbleche 4 sowie über die zwischen den Trennblechen 4 angeordneten Heizflächenelemente (Fins) 3, die insbesondere ebenfalls aus einer

Aluminiumlegierung vom Typ 3003 bestehen. Die Wärmeaustauschpassagen 1 sind durch bündig am Rand der Trennbleche 4 angebrachte Seitenleisten in Form von Blechstreifen 8, im Weiteren auch als Sidebars 8 bezeichnet, nach außen

abgeschlossen. Insbesondere bestehen auch die Sidebars 8 aus einer

Aluminiumlegierung vom Typ 3003. Innerhalb der Wärmeaustauschpassagen 1 bzw. zwischen je zwei Trennplatten 4 sind die gewellten (im Querschnitt meanderförmigen) Fins 3 angeordnet, wobei ein Querschnitt eines Heizflächenelementes 3 in dem Detail der Figur 2 gezeigt ist. Danach weisen die Fins 3 jeweils eine wellenförmige Struktur mit alternierenden Wellentälern 12 und Wellenbergen 14 auf, wobei je ein Wellental 12 mit einem benachbarten Wellenberg 14 über eine Flanke 13 des betreffenden

Heizflächenelementes 3 verbunden ist, so dass sich die wellenförmige Struktur ergibt. Die wellenförmige Struktur muss nicht verrundet ausgebildet sein, sondern kann auch eine rechteckförmige bzw. stufenförmige Gestalt aufweisen. Durch die wellenförmige Struktur werden - zusammen mit den beidseitigen Trennwänden 4 - Kanäle zur Führung des Fluides in der jeweiligen Wärmeaustauschpassage 1 gebildet. Die Wellenberge 14 und Wellentäler 12 der wellenförmigen Struktur des jeweiligen Fins 3 sind mit den jeweils benachbarten Trennblechen 4 verbunden. Die am

Wärmeaustausch teilnehmenden Fluide sind somit im direkten Wärmekontakt mit den wellenförmigen Strukturen, so dass der Wärmeübergang durch den thermischen Kontakt zwischen den Wellenbergen 14 bzw. Wellentälern 12 und Trennblechen 4 gewährleistet ist. Zur Optimierung der Wärmeübertragung wird die Ausrichtung der wellenförmigen Struktur in Abhängigkeit vom Anwendungsfall so gewählt, dass eine Gleich-, Kreuz-, Gegen- oder Kreuz-Gegenströmung zwischen benachbarten

Passagen ermöglicht wird. Der Plattenwärmeübertrager weist ferner Öffnungen 9 zu den

Wärmeaustauschpassagen 1 auf, z.B. an den Enden des Plattenwärmeübertragers oder an einem mittleren Abschnitt, über die Fluide A, B, C, D, E in die

Wärmeaustauschpassagen 1 eingeleitet bzw. aus diesen abgezogen werden können. Im Bereich dieser Öffnungen 9 können die einzelnen Wärmeaustauschpassagen 1 Verteilerfins 2 aufweisen, die das jeweilige Fluid auf die Kanäle eines Fins 3 der betreffenden Wärmeaustauschpassage 1 verteilen. Ein Fluid A, B, C, D, E kann also über eine Öffnung 9 des Plattenwärmeübertragerblocks 11 in die zugeordnete Wärmeaustauschpassage 1 eingeleitet werden und durch eine weitere Öffnung 9 aus der betreffenden Wärmeaustauschpassage 1 wieder abgezogen werden.

Die Trennbleche 4, Fins 3 und Sidebars 8 sowie ggf. weitere Komponenten (z.B. Verteilerfins 2) werden durch Hartlöten miteinander verbunden. Hierzu werden die mit Lot versehenen Heizflächenelemente (Fins) 3, Trennbleche 4, Verteilerfins 2,

Deckbleche 5 und Sidebars 8 aufeinander gestapelt und anschließend in einem Ofen zu einem Wärmeübertragerblock 11 hartgelötet.

Zur Zu- bzw. Abführung der wärmeaustauschenden Fluide A, B, C, D, E werden über den Öffnungen 9 halbzylinderförmige Sammler 7 (oder Header) angeschweißt, wobei die Sammler 7 bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX, insbesondere 6061 , bestehen und sich im Ausgangszustand T4 befinden. Nach dem Anschweißen der Sammler 7 wird der gesamte Block 11 warmausgelagert, und zwar zum Beispiel bei einer Temperatur im Bereich von 155°C bis 190°C sowie über eine Zeitdauer im Bereich von 4 Stunden bis 18 Stunden.

Weiterhin ist an jeden Sammler 7 vorzugsweise ein zylindrischer Stutzen 6

angeschweißt. Die Stutzen 6 dienen zum Anschluss einer zu- bzw. abführenden Rohrleitung an den jeweiligen Sammler 7. Der jeweilige Stutzen 6 besteht ebenfalls bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung vom Typ 6XXX, insbesondere 6061 , und befindet sich des Weiteren vor dem Anschweißen an den zugeordneten Sammler 7 im Ausgangszustand T4. Es wird wiederum der gesamte Block 11 samt damit verschweißten Sammlern 7 und mit den Sammlern 7 verschweißten Stutzen 6 warmausgelagert, und zwar bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 155°C bis 190°C sowie über eine Zeitdauer im Bereich von 4 Stunden bis 18 Stunden. Es ist auch möglich, zunächst die Stutzen 6 an die Sammler 7 und danach die Sammler 7 (samt Stutzen 6) an den Plattenwärmeübertragerblock 1 1 anzuschweißen.

Eine bevorzugte Variante des Ausführens einer Schweißverbindung bzw. Schweißnaht zwischen dem Sammler 7 und dem Plattenwärmeübertragerblock ist in der Fig. 3 gezeigt.

Danach wird zunächst ein Stützelement 20, das auch als Schweißunterlage bezeichnet wird, an einer Innenseite 7a eines Sammlers 7 fixiert, z.B. über eine

Schweißverbindung 22, und der Sammler 7 wird sodann über den zugeordneten

Öffnungen 9 angeordnet, wobei er auf dem Stützelement 20 (oder ggf. auf mehreren Stützeelementen 20) abgestützt wird, so dass ein definierter Spalt zwischen dem Plattenwärmeübertragerblock 11 und einem umlaufenden Rand 7b des

halbzylindrischen Sammlers 7 gebildet wird, wobei zum Anschweißen des Sammlers 7 an den Materialbereich 11a des Plattenwärmeübertragerblocks 1 , der Rand 7b des Sammlers 7 mit dem Materialbereich 1 1a durch Ausbilden einer den Rand 7b mit dem Materialbereich 11 a verbindenden Schweißnaht 21 verschweißt wird, wobei die mindestens eine Schweißunterlage 20 gleichzeitig eine Barriere für die Schweißnaht 21 bildet, die verhindert, dass Schweißgut, das dem Aufbau der Schweißnaht 21 dienen soll, in den Innenraum I des Sammlers 7 fließt.

Bezugszeichenliste

1 Wärmeaustauschpassagen

2 Verteilerfins

3 Fins

4 Trennwände

5 Deckwände

6 Stutzen

7 Sammler

7a Innenseite

7b Rand

8 Sidebars

9 Öffnungen

10 Plattenwärmeübertrager

11 Plattenwärmeübertragerblock

11 Materialbereich

12 Wellental

13 Flanke

14 Wellenberg

20 Schweißunterlage

21 , 22 Schweißnaht

A, B, C, D, E Fluid

I Innenraum