Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD OF LINKING STEEL TUBES WITH ALUMINUM RIBS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/054840
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for linking steel tubes with aluminum ribs. According to said method, a zinc-aluminum alloy layer is applied to the surfaces of the steel tubes or the aluminum ribs, said alloy having an aluminum content of 0.5 % to 20 %, and then a fluxing agent in the form of cesium-aluminum tetrafluoride is introduced between the steel tubes and the aluminum ribs at room temperature before or during the mechanical contact of the aluminum ribs with the steel tubes. The steel tubes provided with the aluminum ribs are then heated in an oven to a soldering temperature of between 370 °C and 470 °C and are then subjected to room temperature to cool off. Alternatively, a fluxing agent in the form of cesium-aluminum tetrafluoride is then applied at room temperature to the aluminum ribs at least in the zones of contact. The aluminum ribs are then brought into mechanical contact with the steel tubes that have been heated to a soldering temperature of between 370 °C and 470 °C and are then subjected to room temperature to cool off.

Inventors:
KORISCHEM BENEDICT (DE)
DINULESCU HORIA (US)
WITTE RAIMUND (DE)
VOLKMER ECKARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/000223
Publication Date:
August 02, 2001
Filing Date:
January 18, 2001
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
GEA ENERGIETECHNIK GMBH (DE)
KORISCHEM BENEDICT (DE)
DINULESCU HORIA (US)
WITTE RAIMUND (DE)
VOLKMER ECKARD (DE)
International Classes:
B21C37/22; F16L53/00; B23K1/00; B23K1/19; B23K35/28; B23K35/363; C22C18/04; F16L13/08; F28F1/36; B23K101/14; B23K103/20; (IPC1-7): B21D/
Foreign References:
EP0845321A11998-06-03
EP0785045A11997-07-23
US5617992A1997-04-08
EP0965411A11999-12-22
US2650420A1953-09-01
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 191 (M-322), 4. September 1984 (1984-09-04) & JP 59 082114 A (SHOWA ALUM CORP), 12. Mai 1984 (1984-05-12)
See also references of EP 1250208A2
Attorney, Agent or Firm:
Bockermann, Rolf (Bergstr. 159 Bochum, DE)
Download PDF:
Description:
Verfahren zur Verbindung von Stahlrohren mit Aluminiumrippen Es zählt zum Stand der Technik, Rippenrohre für luftgekühite Anlagen oder luftgekühite Kondensatoren aus Stahlrohren und Stahlrippen herzustellen.

Die Befestigung der Stahirippen auf den Stahirohren erfolgt auf dem Wege des Tauchverzinkens. Obwohl derartige Rippenrohre sehr korrosionsbestän- dig sind, haftet ihnen der Nachteil an, dass die Rippen aus relativ schlecht wärmeleitendem Stahl bestehen.

Ferner ist es bekannt, auf runde Stahlrohre durchgehende Aluminiumrippen schraubenlinienförmig aufzuwickeln. Die Aluminiumrippen können hierbei mit schmalen fu seitigen Schenkeln unter Spannung flächig auf die Oberflächen der Stahlrohre gewickelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oberflächen der Stahlrohre zu nuten und in die Nuten die Aluminiumrippen einzusetzen. Nachteilig am Wickeln von Aluminiumrippen auf Stahfrohre sind die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminium. Im praktischen Betrieb führt dies dazu, dass Stahlrohre mit Alu- miniumrippen nur bis zu relativ niedrigen Temperaturen um etwa 130 °C ein- gesetzt werden können. Bei höheren Temperaturen geht der Kontakt zwi-

schen den Aluminiumrippen und den Stahlrohren wegen der grö eren Wär- medehnung des Aluminiums verloren. Die Leistungsfähigkeit der Rippen- rohre füllt ab.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von Rippenrohren besteht darin, mit Aluminium plattierte Flachrohre mit Hilfe von Aluminium-Silizium- Lot mit wellen-oder mäanderförmig bzw. winklig gefalteten Aluminiumrip- penbahnen in einem Temperierofen zu verbinden. Die Verbindung von Alu- miniumrippen mit Flachrohren durch Verlötung mit Aluminium-Silizium-Lot, welches Bestandteil der Aluminiumrippen oder der Flachrohre ist, hat den Nachteil, dass eine solche Verlötung nur über den Umweg von mit Alumi- nium plattierten Flachrohren bzw. von plattierten Aluminiumrippen hergestellt werden kann. Neben dem vergleichsweise hohen Aufwand durch die Bereit- stellung der diversen Vormaterialien und bei der Herstellung ist au erdem der Nachteil gegeben, dass die durch mindestens eine Längsschwei naht umfangsseitig geschlossenen Flachrohre in der Schwei zone nicht mit Aluminium plattiert sein dürfen. Ansonsten kann keine einwandfreie Schwei ung gewährleistet werden. Diese Bereiche der Flachrohre müssen nachträglich erst von Schwei nebenprodukten befreit und danach korro- sionstechnisch geschützt werden.

Ein weiterer Nachteil von aus Flachrohren mit gefalteten Aluminiumbändern bestehenden Rippenrohren besteht darin, dass die Verlötung der mit Alumi- nium plattierten Flachrohre mit Aluminiumrippen bei vergleichsweise hohen Temperaturen in einer Grö enordnung von etwa 600°C, also nahe der Er- weichungstemperatur von Aluminium, stattfinden muss. Das hierbei erforder- liche Lot besteht aus etwas unter dem Erweichungspunkt von Aluminium schmelzendem Aluminiumsiliziumeutektikum.

Auch bezüglich dieser Bauart ist festzustellen, dass aufgrund der unter- schiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl sich nach dem Löten bei etwa 600°C beim Abkühlen auf die Umgebungs-

temperatur (Raumtemperatur) die beiden verlöteten Materialien stark ge- geneinander verziehen können und es dabei leicht zu einem Aufbrechen der Verlötungen kommen kann, wenn das Aluminium nicht einwandfrei aufge- bracht wurde.

Der Erfindung liegt-ausgehend vom Stand der Technik-die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbindung von Stahlrohren mit Aluminiumrip- pen als Bestandteile von luftgekühiten Anlagen und luftgekühlten Konden- satoren bereitzustellen, das sowohl mit geringen Lohn-und Energiekosten als auch mit Kosteneinsparungen im Materialeinsatz durchgeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1, alternativ in den Merkmalen des Patentanspruchs 2 ge- sehen.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Lötmittel aus einer Zink-Alumi- nium-Legierung mit einem Aluminium-Bestandteil von 0,5-20%, bevorzugt 5%-15%, einzusetzen, das sowohl auf die Oberflächen der Stahtrohre ats auch der Aluminiumrippen gebracht werden kann. Das Aufbringen der Löt- mittelschicht kann mit Hilfe des Flammspritzverfahrens erfolgen. Hierbei ist es möglich, Acetylen oder auch Erdgas zu verwenden. Dazu wird ein Draht mit der Zusammensetzung des Lötmittels aufgeschmolzen und aufgrund des Drucks, unter dem das Gas steht, gleichmä ig auf die jeweilige Oberflache verteilt.

Eine zweite Vorgehensweise besteht im Einsatz des Lichtbogenverfahrens.

In diesem Fall werden mittels zwei Drähten mit der Zusammensetzung des Lötmittels ein Lichtbogen gezogen und dabei die Drähte geschmolzen.

Gleichzeitig wird mit Luft oder mit einem inerten Gas angeblasen, so dass hierdurch das geschmolzene Lötmittel gleichmä ig auf die Oberflächen der Stahlrohre oder der Aluminiumrippen verteilt wird.

Auch eine Galvanisierung mit dem Lötmittel in der erwähnten Zusammenset- zung ist denkbar.

Schlie lich ist es noch vorstellbar, dass eine Schicht aus dem erfindungs- gemä zusammengesetzten Lötmittel durch Druck, Plattieren oder Sintern auf die jeweiligen Oberflächen aufgebracht werden kann.

Ganz wesentlich am erfindungsgemä en Verfahren ist jedoch die Erkennt- nis, dass durch die Verwendung eines Flussmiffels in Form von Cäsium- , Aluminium-Tetrafluorid es jetzt möglich ist, die Löttemperatur von bislang etwa 600 °C auf einen Bereich zwischen 370 °C und 470 °C zu reduzieren.

Diese Absenkung der Löttemperatur ist nicht nur mit einer Senkung der Löt- zeiten um etwa 30 % bis 40 % verbunden, sondern führt auch zu einer er- heblichen Einsparung bei den Lohn-und Energiekosten. Eine weitere Ein- sparung ist möglich, wenn nur die Berührungszonen der Aluminiumrippen mit den Stahlrohren mit dem Flussmittel benetzt werden. Dieses kann durch Tauchen oder Aufsprühen erfolgen.

Des Weiteren ist im Rahmen der Erfindung zu berücksichtigen, dass bei der herkömmlichen Lötung die Aluminiumrippen weich geglüht werden. Hier- durch verlieren sie zwangsläufig einen Teil ihrer Festigkeitseigenschaften.

Bei Flachrohren mit zwischen die Flachrohre integrierten Aluminiumrippen- bahnen wurde dies bislang noch toleriert, da die Aluminiumrippenbahnen nach der Lötung zwischen den Flachseiten der Flachrohre eingebunden sind. Im Rahmen des erfindungsgemä en Verfahrens ist jedoch bei beiden Varianten durch die deuttiche Absenkung der Löttemperatur gewährleistet, dass kein Weichglühen mehr stattfindet. Die Aluminiumrippen gleich in wel- cher Zuordnung auch immer behalten somit ihre vollen Festigkeitseigen- schaften bei.

Im Falle z. B. der Herstellung elliptischer Rippenrohre durch Aufschieben ge- stanzter Aluminiumrippen auf die Stahlrohre und Aufbringen des Flussmittels überall dort, wo die Aluminiumrippen ihre endgültige Lage haben, können

jetzt die gut Wärme leitenden Aluminiumrippen dauerhaft und korrosionsge- schützt bis zu Einsatztemperaturen von über 350 °C auf den Stahlrohren lagefixiert werden.

Beim Aufbringen von Aluminiumrippen durch schraubenlinienförmiges Auf- wickeln auf Stahlrohre wird das Flussmittel zweckmä ig an der Auflaufstelle des Rippenbands direkt vor der Anlage des Rippenbands an der Oberfläche des Stahlrohrs aufgebracht. Dies ermöglicht es, die mit aufgewickelten Alu- miniumrippen versehenen Stahlrohre in einem Durchlaufofen oder aber auch erst später in einem Glühofen phasenweise auf eine erforderliche Löttempe- ratur zwischen 370 °C und 470 °C zu bringen.

Es ist aber auch denkbar, Aluminiumrippenbänder nach dem Beschichten mit dem Lötmittel auf auf eine Löttemperatur zwischcen 370 °C und 470 °C erwärmte Stahlrohre aufzuwickeln und die latente Rohrwärme für die Verlö- tung zu nutzen. Man erreicht bei diesem Rippenrohrtyp, dass die Stahlrohre durch das dann verlaufende Lötmittel auch korrosionsgeschützt sind. Ferner wird eine feste metallische wärmeleitende Verbindung zwischen den Alumi- niumrippen und den Stahlrohren hergestellt. Derart gefertigte Rippenrohre sind für Einsatztemperaturen von etwa 350 °C geeignet.

Bei Aufbringung von wellen-oder mäanderförmig bzw. winklig (dreieckig oder rechteckförmig) gefalteten Aluminiumrippen auf stählerne Flachrohre werden diese oder auch die Aluminiumrippen nach dem Aufbringen des Lötmittels mit dem speziellen Flussmittel in Form von Cäsium-Aluminium- Tetrafluorid auf dem gesamten Oberflächenbereich versehen und danach abwechselnd ein Aluminiumrippenband, ein Flachrohr, wiederum ein Alumi- niumrippenband usw. übereinander geschichtet. Der so gebildete Rippen- rohrstapel (Cake) wird dann in einen Lötofen (Durchlaufofen oder Glühofen) eingesetzt und dort auf die geforderte Löttemperatur zwischen 370 °C und 470 °C gebracht. Das Lötmittel verflüssigt sich, wodurch die Aluminiumrip- penbänder mit den Stahlrohren metallisch und wärmeleitend verbunden

werden. Au erdem erhält das gesamte Flachrohr auf der äu eren Oberfla- che einen Korrosionsschutz.

Alternativ ist es aber auch möglich, Flachrohre durch einen Glühofen zu be- wegen und dabei auf die erforderliche Verlötungstemperatur zu bringen.

Anschlie end werden die Flachrohre unter Verwendung des Lötmittels und Einsatz des Ffussmittets mit den Aluminiumrippenbändern verbunden.

Unabhängig, wie das jeweilige Fertigungsverfahren abläuft, wird an- schlie end die jeweils zusammengefügte Anordnung aus Stahlrohren und Aluminiumrippen der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) ausgesetzt und dadurch gekühlt, so dass die Aluminiumrippen mit den Stahlrohren ein- wandfrei wärmeleitend verbunden werden.

Das spezielle Lötmittel aus einer Zink-Aluminium-Legierung mit einem Alu- miniumbestandteil von 0,5 % bis 20 %, bevorzugt 5 % bis 15 %, in Verbin- dung mit dem ebenfalls speziellen Flussmittel in Form von Cäsium-Alumi- nium-Tetrafluorid erlaubt es bei der jeweils vorteilhaften Temperatur zwi- schen 370 °C und 470 °C, die Lötmittelschicht so aufzuschmelzen, dass auf keinen Fall die Aluminiumrippen mit aufgeschmolzen werden. In diesem Zu- sammenhang ist die treibende Kraft das Eutektikum Zink/Aluminium, wobei in der Lötmittelschicht Aluminium legiert ist, damit das flüssige Zink nicht die Aluminiumrippen auflöst.

Das besondere Flussmittel in Form von Casium-Aluminium-Tetrafluorid kann auf basischer, saurer oder neutraler Basis bereitgestellt werden.

Die jewei ige Löttemperatur ist von dem Anteil des Aluminiums in dem Löt- mittel abhängig. Je höher der Aluminiumanteil ist, desto höher ist auch die Löttemperatur. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dann gegeben, wenn das Lötmittel einen Anteil von 15 % Aluminium hat, wobei dann die Löttem- peratur bei ca. 430 °C liegt.