Verfahren zur Herstellung eines Metallteils

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Metallteil und eine Vorrichtung zur Herstellung des Metallteils.

Es ist allgemein bekannt, bei der Herstellung von Metallteilen eine Flussmit- telzusammensetzung auf eine Oberfläche aufzubringen, um eine nachfolgende Verlötung zu ermöglichen. Es kann sich dabei um eine Flussmittelzusammensetzung handeln, die bereits Lotbestandteile wie etwa Metallpulver enthält oder auch um ein reines Flussmittel, das z. B. auf eine mit metallischem Lot flächig plattierte Oberfläche aufgebracht wird.

WO 01/38040 A1 beschreibt die Herstellung eines Aluminiumprodukts, wobei ein Blech oder Profil von einer Rolle zugeführt wird und nachfolgend über eine Auftragsrolle flächig mit einem Flussmittel beschichtet wird. Nachfolgend wird der Auftrag in einer Heizeinrichtung getrocknet und das Blech wird wie- der zu einer Rolle gewickelt. Für diesen flächigen Auftrag werden erhebliche Mengen an Flussmittel und organischem Binder benötigt, welche zudem bei späteren Anwendungen des beschichteten Materialstrangs überschüssig sein und störende Wirkungen aufweisen können.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Metallteils anzugeben, bei dem die aufgebrachte Menge an Flussmittel verringert ist.

Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Aufbringung der Flussmittelzusammensetzung nur auf einen definierten Teil der Oberfläche mittels der Auftragsvorrichtung wird bei einem automatisiertem und somit kostengünstigem Auftrag zugleich ermöglicht, eine erheblich geringere oder gar keine Fläche mit Flussmittel zu beschichten, die später keinem Lötprozess unterzogen wird. Hierdurch wird überschüssiges Flussmittel beim fertigen Produkt vermieden. Zudem wird die Menge an benötigtem Flussmittel kostengünstig verringert. Der Materialstrang ist allgemein ein Band oder Blech oder ein Profil; er kann als Stangenmaterial, als Rollenma- terial oder in sonstiger Weise als endloser oder quasi-endloser Materialvorrat vorliegen. Insbesondere kann der Materialstrang im Sinne der Erfindung auch von in seiner Förderrichtung veränderlichem Querschnitt sein.

Besonders bevorzugt umfasst die Auftragsvorrichtung eine Auftragsrolle, so dass ein zuverlässiger und einfacher Auftrag des Flussmittels durch aufrollen ermöglicht ist. Allgemein können jedoch auch andere Auftragsmittel vorgesehen sein, wie etwa Siebdruck-Vorrichtungen.

In bevorzugter Ausführung umfasst das Verfahren ferner den Schritt, mehre- re Abschnitte des Materialstrangs zur Vereinzelung von beschichteten Metallteilen abzulängen. Somit erfolgt eine Vereinzelung der Metallteile erst nach dem definiert teilflächigem Auftrag des Flussmittels auf einen endlosen oder quasi-endlosen Materialstrang, wodurch insgesamt ein hoher Automatisierungsgrad gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht ist.

Auf einfache Weise wird der nur teilweise Auftrag vorteilhaft dadurch ermöglicht, dass die Auftragsrolle eine mit dem definierten Teil der Oberfläche des Materialstrangs korrespondierende Struktur aufweist. Es kann sich jedoch auch um eine Auftragsrolle ohne strukturierte Oberfläche handeln, wobei ein definierter nur teilweiser Auftrag der Flußmittelzusammensetzung auf die Auf-

tragsrolle durch andere Mittel erfolgt, beispielsweise selektives Aufspritzen des Flussmittels.

Bevorzugt besteht der Materialstrang aus einer Aluminiumlegierung. Für A- luminiumlegierungen sind eine Vielzahl von automatisiert auftragbaren Flussmittelzusammensetzungen bekannt. Eine bevorzugte Flussmittelzusammensetzung wird dabei in der EP 1 287 941 A1 beschrieben.

In einer geeigneten Ausführung weist die Oberfläche des zugeführten Mate- rialstrangs bereits eine zumindest teilweise Plattierung aus einem Lot auf. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Flussmittelzusammensetzung kein metallisches Lot enthält. Eine solche Flussmittelzusammensetzung ist besonders leicht aufbringbar. Zudem ergibt sich aus der Kombination einer reinen Flussmittelzusammensetzung mit aufplattiertem Lot eine besonders gute Wirkung, da die Einhaltung der Auftragsdichte des Metalls bzw. der Plattierung für den Lötvorgang im allgemeinen kritischer ist als die Auftragsdichte des Flussmittels. Alternativ oder ergänzend kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Flussmittelzusammensetzung einen metallischen Bestandteil, insbesondere pulverförmiges Metall, oder einen chemisch gebundenen, wäh- rend des Lötprozesses metallisch werdenden Bestandteil enthält. Ein Beispiel ist das Produkt Silflux der Firma Solvay. Eine Flußmittelzusammensetzung im Sinne der Erfindung kann es auch durch Reaktionen während des Lötvorgangs ermöglichen, dass aus der Oberfläche des Materialstrangs selbst das Lot entsteht.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Abschnitte und/oder der Materialstrang zu Rohren eines Wärmetauschers umgeformt. Besonders bevorzugt sind die Rohre dabei Flachrohre, die insbesondere bevorzugt wenigstens eine Sicke oder einen Steg zur Abtrennung separater Kammern in- nerhalb des Rohres aufweisen. Besonders bei solchen mit Sicken oder Stegen versehenen Flachrohren ist eine Verlötung entlang der im Innenraum des Rohres anstoßenden Sicken oder Stege gewünscht, um eine hermetische Abriegelung separater paralleler Kammern zu gewährleisten. Zugleich sollte die Menge des innerhalb des Rohres vorhandenen Flussmittels be- grenzt sein, damit keine Kontamination eines später im Wärmetauscher ein-

gesetzten Kühlmittels stattfindet und keine Flussmittelreste Engstellen des Wärmetauschers verstopfen oder sich dort absetzen können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Abschnitte und/oder der Materialstrang zu Sammlerkästen eines Wärmetauschers umgeformt. Es sind Ganzaluminium-Wärmetauscher bekannt, bei denen stirnseitige Sammlerkästen aus Aluminium ein im wesentlichen U-förmiges Profil aufweisen, wobei die endseitigen Teile der Innenflächen der Schenkel des Profils mit Tauscherrohren flächig verlötet werden. An diesen Lötflächen sind relativ große Mengen von Lot und Flußmittel erforderlich. Um einen über- schuss von Flussmittelzusammensetzung im Inneren des Wärmetauschers zu vermeiden, sind im Sinne der Erfindung vorteilhaft nur diese Randbereiche, bei denen es tatsächlich zu einer Verlötung mit anderen Bauteilen kommt, mit einem Flussmittelauftrag versehen. Die Abschnitte können auch zu Böden, Seitenteilen oder anderen Komponenten eines Wärmetauschers umgeformt werden.

Für geeignete bevorzugte Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass der definierte Teil der Oberfläche wenigstens einen, insbesondere eine Mehrzahl von in Zuführrichtung des Materialstrangs durchgehenden Streifen umfasst. Bei einer solchen selektiven Auftragsweise kann beispielsweise eine auch eine zumindest teilweise Umformung des Materialstrangs vorteilhaft erfolgen, bevor eine Vereinzelung in einzelne Metallteile erfolgt. Alternativ oder ergänzend kann der definierte Teil der Oberfläche auch wenigstens eine in Zuführ- richtung des Materialstrangs nicht durchgehende, sich in regelmäßigen Abständen wiederholende Struktur umfassen. Die Gestaltung des definierten Teils der mit der Flussmittelzusammensetzung versehenen Oberfläche des Materialstrangs hängt dabei lediglich von den konkreten Anforderungen an die weitere Herstellung der Metallteile ab.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die definierten Teile der Oberfläche zumindest teilweise als geprägte Vertiefung ausgebildet, insbesondere mittels einer der Auftragsrolle vorgeordneten Prägerolle. Hierdurch kann es zumindest teilweise oder auch voll- ständig erreicht werden, dass der Auftrag der Flussmittelzusammensetzung

keine Erhöhung des Durchmessers des Materialstrangs bewirkt, indem die Flussmittelzusammensetzung lokal am Ort der Vertiefungen aufgetragen wird. Dies ist insbesondere bei Bauteilen vorteilhaft, bei denen eine Stapelung einer Vielzahl von Einzelteilen bedingt durch an jedem Einzelteil vor- handene Flussmittelschichten eine summarische Maßtoleranz des Stapels in Frage stellen würde.

Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung um- fasst die Auftragsvorrichtung eine Spritzvorrichtung zum Aufspritzen und/oder Aufsprühen der Flussmittelzusammensetzung auf den Materialstrang. Durch den Vorgang des Aufspritzens oder Aufsprühens mittels einer entsprechenden Spritzvorrichtung kann die Flussmittelzusammensetzung kostengünstig und zuverlässig aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft umfasst die Spritzvorrichtung dabei eine Mehrzahl von separat ansteuerba- ren Spritzdüsen. Die Spritzvorrichtung und/oder die Spritzdüsen können bewegbar ausgestaltet sein und/oder im Intervallbetrieb oder mit veränderlicher Auftragsmenge arbeiten, so dass je nach Anforderungen eine Strukturierung der aufgetragenen Flussmittelzusammensetzung erfolgen kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die aufgetragene Flussmittelzusammensetzung zumindest einen gradierten Bereich auf. Unter einem gradierten Bereich ist dabei allgemein ein Bereich veränderlicher Dicke oder Dichte der Flussmittelzusammensetzung zu verstehen. Die Gradierung kann insbesondere in Zuführrichtung oder auch senkrecht dazu beste- hen.

Ein erfindungsgemäßes Metallteil weist die Merkmale des Anspruchs 19 auf.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung des Metallteils nach An- spruch 19 weist die Merkmale nach Anspruch 20 auf. Durch die Strukturierung der Oberfläche der Auftragsrolle ist eine erhebliche Verringerung eines überflüssigen Flussmittelauftrags gegenüber dem Stand der Technik bei einer automatisierten Aufbringung der Flussmittelzusammensetzung ermöglicht. In bevorzugter Ausführung umfasst die Vorrichtung zur Herstellung des Metallteils zudem eine der Auftragsrolle vorgeordnete Prägerolle zur Einbrin-

gung von Vertiefungen in den Materialstrang auf. In besonders bevorzugter Ausführung sind der Auftragsrolle Mittel zur Vereinzelung von Abschnitten des Materialstrangs nachgeordnet, so dass eine hohe Integration von automatisierten Herstellungsschritten zur Erlangung des Metallteils in einer ge- meinsamen Herstellungsvorrichtung vorliegt.

Diese und weitere Merkmale ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausfϋhrungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 bis

Fig. 7 zeigen sieben verschiedene schematische Darstellun- gen von Auftragsrollen mit strukturierten Oberflächen sowie jeweils die schematische Darstellung der durch die Auftragsrollen bedingten Beschichtung auf einen

Materialstrang.

Fig. 8 zeigt eine skizzenhafte Querschnittsansicht eines gelö- teten Wärmetauscherrohres.

Fig. 9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines gelöteten

Wärmetauschers mit metallenen Sammlerkästen. Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren

Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht durch einen Materialstrang mit gradierten Beschichtungen quer zu der Zuführrichtung. Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht durch einen Materialstrang mit gradierten Beschichtungen längs zu der Zuführrichtung.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren liegt zunächst ein Materialstrang aus mit Lot vollständig flächig plattiertem Aluminiumblech als Rollenmaterial vor. Das Blech wird mittels einer Zuführeinrichtung einer Auftragsvorrichtung zur automatisierten Auftragung einer Flussmittelzusammensetzung zugeführt. Die Auftragsvorrichtung umfasst eine Auftragsrolle 1 , welche eine strukturierte Oberfläche 1a - 1g hat. Eine Flussmittelzusammensetzung von

pastöser Konsistenz wird aus einem Vorratsbehälter auf die Auftragsrolle 1 aufgebracht, wonach sie durch Abrollen der Auftragsrolle entlang des bewegten Materialstrangs auf diesen übertragen wird.

Dadurch bedingt, dass die Auftragsrolle 1 eine strukturierte Oberfläche aufweist, wird die Flussmittelzusammensetzung nur über die vorstehenden Bereichen der strukturierten Oberfläche aufgebracht und/oder nur von diesem Bereichen auf den Materialstrang übertragen. Hierdurch erfolgt eine Auftragung der Flussmittelzusammensetzung nur auf definierte Teile der Oberflä- che des durchlaufenden Materialstrangs.

In den Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 7 sind sieben beispielhafte Strukturierungen von Auftragsrollen 1a-1g schematisch dargestellt. In den Beispielen nach Fig. 1 bis Fig. 3 hat die Rolle dabei vollständig umlaufende parallele Ringe. Hierdurch wird eine Beschichtung des Materialstrangs in Form von durchgehenden Streifen in seiner Förderrichtung erzielt. Anzahl, Breite und Verteilung der Streifen in Querrichtung des Materialstrangs sind dabei in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen frei wählbar.

In den Beispielen gemäß Fig. 4 und Fig. 5 weisen die erhabenen Bereiche der Auftragsrolle nicht nur senkrecht zur Abrollrichtung, sondern auch in Abrollrichtung Unterbrechungen auf. Dementsprechend ergeben sich in Zuführrichtung des Materialstrangs unterbrochene Bedruckungen mit Flussmittelzusammensetzung. Bei dem Beispiel nach Fig. 4 sind sämtliche der bedruckten Flächen in Zuführrichtung mit gleichem Abstand voneinander versehen. In Fig. 5 wechseln sich bedruckte Flächen von unterschiedlicher Länge in Zuführrichtung ab. Eine Wiederholung des Musters ergibt sich im Beispiel nach Fig. 5 erst nach einer vollständigen Umdrehung der Auftragsrolle 1.

Die Beispiele nach Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Ausgestaltungen der Auftragsrolle, bei der die bedruckten Bereiche punkt- bzw. kreisförmig sind. Die vorstehenden Oberflächenstrukturen 1f, 1g der Auftragsrollen sind hierzu mit einer pilzartigen Krümmung versehen und im Querschnitt im wesentlichen kreisförmig.

Vor der Auftragsrolle kann eine Prägerolle angeordnet sein, durch die Strukturen in die Oberfläche des Materialstrangs einprägbar sind. Diese Strukturen sind bezüglich der Führung des Materialstrangs mit der Position der Auftragsrolle verknüpft, so dass eine synchrone Beschichtung mit Flussmittelzu- sammensetzung lediglich im Bereich der eingeprägten Vertiefungen erfolgt. Typische Prägetiefen können etwa 0,5 μm bis 3 μm sein. Hierbei kann eine Aufbringung von Flussmittelzusammensetzung erfolgen, die lediglich 1 bis 3 g/m ² beträgt.

Es ist zu berücksichtigen, dass die für den Lötprozess von plattierten Blechen erforderlichen minimalen Flussmittelmengen sehr gering sind und häufig unter einer Menge von 3-5 g/m ² liegen. Bei einem dem Stand der Technik entsprechendem ganzflächigen automatisiertem Auftrag von Flussmittelzusammensetzung sind Schichtstärken von weniger als 3 g/m ² bisher nicht auf zuverlässige Weise erzielbar. Zudem trägt Flussmittel, das räumlich zu weit von einer Lötstelle entfernt aufgebracht ist, auch unter Berücksichtigung der Fließeffekte bei Erhitzen im Lötprozess nicht mehr zum Lötprozess bei.

Die mit einer oder mehreren der vorgeschriebenen Auftragswalzen beschich- teten plattierten Aluminiumbleche werden nachfolgend abgelängt, wobei der abgelängte Abschnitt mit der Position der aufgebrachten Strukturen synchronisiert ist, falls diese Strukturen nicht ausschließlich aus in Zuführrichtung durchgehenden Streifen bestehen.

Die abgelängten Abschnitte werden nachfolgend auf an sich bekannte Weise umgeformt, z. B. zu Flachrohren mit eingeprägten Sicken. Einen Querschnitt durch ein solches Flachrohr zeigt Fig. 8. Das Rohr hat eine Wandung 2, die aus dem ursprünglichen flachen Blech des Materialstrangs gebogen bzw. umgeformt wurde. In einem mittleren Bereich wurden zwei Sicken 3, 4 einge- prägt, wobei ursprünglich im Bereich der Einprägung eine streifenartige Auftragung der Flussmittelzusammensetzung durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt war. Ein weiterer Auftrag ist in dünnen Streifen entlang der Ränder des Bleches erfolgt. Nach Umbiegen und Erhitzen des vorgeformten Flachrohres haben sich die aneinander stoßenden Sicken 3, 4 sowie die ur- sprünglichen Randbereiche 5, 6 jeweils miteinander verlötet. Das Lot ist da-

bei durch den schraffierten Bereich dargestellt. Erkennbar ist ein Auftrag der Flussmittelzusammensetzung bei diesem Metallteil 2 lediglich im unmittelbaren Bereich der streifenförmigen Lötstellen erforderlich. Die übrigen Innenwandflächen der so gebildeten zwei Kammern 7, 8 des Flachrohres für einen Wärmetauscher sind nicht mit Flußmittel beschichtet, so dass das später durch die Rohre fließende Kühlmittel nicht von dieser Substanz kontaminiert werden kann.

Ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Metallteil ist ein Sammler- kästen 9 eines Ganzaluminium-Wärmetauschers (siehe Fig. 9). Der in seinem Querschnitt im wesentlichen U-förmige Sammlerkasten 9 hat zwei Schenkel 9a, 9b. Ein Bündel von Tauscherrohren 10 wird lediglich von den äußeren Enden der Schenkel 9a, 9b eingefaßt und flächig mit diesen Endbereichen der Schenkel verlötet. Hierzu wird erfindungsgemäß lediglich in die- sen Bereichen eine Flussmittelzusammensetzung automatisiert aufgebracht, mittels der die flächigen Verlötungen 11 erzielt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Flussmittelzusammensetzung über die Bereiche, in denen sie aufgetragen wird, durchaus Schichtstärken von 30 g/m ² aufweisen, da bei der flächigen Verlötung von Sammlerkästen und Tauscherrohrbündeln relativ große Mengen an Lotmaterial benötigt werden. Bei solchen Auftragsstärken von Flussmittelzusammensetzung ergibt sich deutlich, dass im Falle einer vollständigen Beschichtung des Materialstrangs mit Flußmittel (Stand der Technik) erhebliche überschüssige Mengen von Flußmittelzusammensetzung vorhanden wären. Diese würden zu einer Kontamination des Kühl- mittels oder Kältemittels führen.

Bei den genannten Beispielen für Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge kann es sich insbesondere um Wärmetauscher für einen Motor-Kühlkreislauf oder um Wärmetauscher für eine Klimaanlage handeln.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Auftragsvorrichtung zum Auftrag der Flussmittelzusammensetzung eine oder mehrere Spritzvorrichtungen 101 umfasst. Die düsenartigen Spritzvorrichtungen 101 sind in definiertem Abstand über dem bewegten Materialstrang 102, vorliegend ein Aluminiumband, angeordnet. Eine ausreichend dünnflüssige

Mischung der Flussmittelzusammensetzung wird durch die Spritzvorrichtungen 101 aufgespritzt oder aufgesprüht, so dass mehrere parallele Streifen von Flussmittelzusammensetzung auf dem Aluminiumblech entstehen. Das aufgebrachte Muster kann durch Bewegen der Düsen und/oder gezieltes Un- terbrechen des Auftrags gestaltet werden. Auch das Vorsehen einer Maske, zum Beispiel ein mit entsprechenden Durchbrechungen versehenes Blech, zwischen Materialstrang 102 und Spritzvorrichtung 101 ist möglich.

Grundsätzlich kann durch die Verwendung einer Spritzvorrichtung jedes der in Fig. 1 bis Fig. 7 für die Verwendung von Auftragsrollen beispielhaft gezeigten Muster der Flussmittelzusammensetzung hergestellt werden.

Je nach Anforderungen kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine kombinierte Verwendung von Auftragsrolle und Spritzvorrichtung vorlie- gen.

Fig. 11 und Fig. 12 zeigen Schnittdarstellungen durch den mit Flussmittelzusammensetzung 103 beschichteten Materialstrang. Dabei verläuft der Schnitt in Fig. 11 quer zur Zuführ- bzw. Bewegungsrichtung des Materialstrangs und in Fig. 12 längs dazu. Zur Optimierung der jeweiligen Lötstelle und der Verteilung des Lots bzw. Flussmittels beim Erhitzen ist die Auftragsdicke der Flussmittelzusammensetzung vorliegend nicht homogen, sondern gradiert, also in seiner Dicke veränderlich. Fig. 11 und Fig. 12 zeigen rein exemplarisch mögliche Profile einer Gradierung bzw. gewollten Strukturierung des aufgetragenen Flussmittels. Es versteht sich, eine gradierte Auftragung von Flussmittelzusammensetzung sowohl mittels einer Auftragsrolle als auch mittels einer Aufspritzvorrichtung als auch anderer Auftragsverfahren im Sinne der Erfindung möglich sind. Insgesamt wird auf diese Weise durch ein erfin- dungsgemässes Verfahren zumindest optional ein automatisierter und in drei Raumrichtungen strukturierter Auftrag von Flussmittel ermöglicht.