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Zweistufiges Aufblasen von Platinen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kanalplatten
aus durch Walzen teilverschweißten Doppel-oder Mehrfachblechen durch zweistufiges
Aufblähen zwischen Abstandsplatten.
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Kanalplatten können in der Weise hergestellt werden, daß vor dem Verbinden
von zwei oder mehr Blechen durch Walzschweißen eines oder mehrere der Bleche mit
einem Trennmittel in der Form der vorgesehenen Kanäle bedruckt wird.
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Durch Aufblähen im Anschluß an das Walzschweißen mit einem gasförmigen
oder flüssigen Medium, werden Kanäle entsprechend dem Muster des aufgedruckten Trennmittels
erzeugt.
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Kanalplatten mit Kanalsystemen, welche auf diese Art hergestellt werden,
finden in weitem Umfang Anwendung z.B. als Wärmetauscher zur Heizung oder Kühlung.
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Bei Kühlaggregaten, die durch die häufige Bewegung des Kühlgutes z.B.
in Transportbehältern, mechanisch stark beansprucht werden und auch oft gereinigt
werden müssen, ist es erforderlich, ein Material mit hoher mechanischer Festigkeit
und einer erhöhten Beständigkeit gegen Korrosion zu verwenden.
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Der Wirkungsgrad, d.h. die Kühlwirkung solcher Kühlaggregate, ist
abhängig von dem Verhältnis von Kühlmittelvolumen zum Volumen des Aggregats und
der Ausbildung der Kanäle. Da sich im geschlossenen Kreislauf des Kühlaggregats
immer die gleiche Menge an Kühlmedium befindet, muß das Kanalvolumen innerhalb kleiner
Toleranzen eingehalten werden. Weiterhin soll auch der Kanalquerschnitt über die
gesamte Länge des Kanals gleichmäßig ausgebildet sein, um nicht die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmediums zu beeinflussen. Es ist deshalb erforderlich, die Kanäle in den
Kanalplatten mit möglichst kleinen Toleranzen und möglichst hoher Gleichmäßigkeit
herzustellen.
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Die Herstellung von Kanalplatten durch Aufblähen teilverschweißter
Doppelbleche zwischen Abstandsplatten ist aus den US-Patentschriften 26 62 273 und
26 90 002 bekannt. Zur Erreichung möglichst großer Kanalquerschnitte ist gemäß DT-PS
11 12 712 auch schon ein zweistufiges Aufblähverfahren bekannt geworden, bei dem
zur Vermeidung des Berstens beim Aufblähen und zur Heranziehung möglichst der gesamten
nicht verschweißten Materialbereiche der Doppelbleche, zunächst mit höherem Druck
bei geringem Abstand der Begrenzungsplatten und dann mit niedrigerem Druck bei größerem
Plattenabstand aufgebläht wird.
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Es hat sich herausgestellt, daß mit den bekannten Verfahren keine
befriedigenden Ergebnisse erzielt werden können, wenn zur Herstellung der Kanalplatten
Bleche verwendet werden, die nach dem Glühen bei etwa 3000C eine Zugfestigkeit von
über 12 kp/mm2, eine Bruchdehnung von weniger als 12 5' und eine Härte (HV3) von
über 45,5 kp/mm2 haben. Bleche dieser Art haben eine hohe mechanische Festigkeit
und sind für die Herstellung hochbeanspruchter Wärmetauscher gut geeignet.
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Beim Aufblähen der Kanalplatten zeigt jedoch dieses !Material ein
sehr unninstiges Pließven#alten, was zu Verwerfungen der Kanalplatte und unregelmäßiger
Ausbildung der Kanäle führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu entwickeln,
welches zur Serienherstellung von Kanalplatten geeignet ist, die aus hochfestem
und/oder normalem Material hergestellt wurden und die Produktion von Kanälen mit
möglichst kleinen Maßtoleranzen sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der
ersten Aufblähstufe der Plattenabstand größer gewählt wird als die Endhöhe der Kanäle,
daß die in der ersten Stufe erzielte Kanalhöhe durch Verminderung des Plattenabstandes
reduziert wird und daß in der zweiten Aufblähstufe mit einem gegenüber der ersten
Aufblähstufe erhöhten Druck gearbeitet wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Aufblähdruck in. der zweiten Stufe 5
bis 80 5' höher ist als der Aufblähdruck in der ersten Stufe.
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Zur Begrenzung der Kanalauswölbung erfolgt das Aufblähen der Kanäle
zwischen feststehenden Platten, deren Abstand während der ersten Aufblähstufe 10
bis 100 % größer ist als
die gewünschte Endhöhe der Kanäle. Nach
der ersten Stufe wird der Abstand zwischen den feststehenden Platten auf die Endhöhe
der Kanäle reduziert. Hierbei wird der oberste Teil der Kanalauswölbung eingedrückt,
gedehnte Bereiche der Kanalwandung zum Teil wieder gestaucht und Venverfungen der
Kanalplatte wieder ausgeglichen.
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In der zweiten Blahstufe wird mit einem um 5 bis 80 5'# gegenüber
der ersten Stufe erhöhtem Druck ein Kanalprofil mit leicht ausgewölbten Seitenflächen
erhalten.
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Durch diese Verfahrensschritte ist es erst möglich geworden, Kanalplatten
aus hochfesten Aluminiumlegierungen mit exaktem Profilquerschnitt herzustellen.
Eine geeignete, hochfeste Aluminiumlegierung kann folgende Zusammensetzung h ben:
Mn bis 2,0 % Zr bis 0,5 ,~ Fe bis 1 % Si bis 0,5 % Cu bis 0,5 % Mg kleiner 0,1 %
Rest Al Eine Legierung dieser Art hat dann folgende mechanischen Werte nach dem
Glühen bei ca. 300 0C Zugfestigkeit B = 25 kp/mm2 Streckgrenze «0,2 = 24 kp/mm2
Bruchdehnung #10 = 8 % 10 Eine weitere, geeignete Legierung enthält Cu, Zn, Mn,
Mg und Ti 3e in Mengen unter 0,1 ,~, Si ca. 0,2 %, Fe ca. 0,5 96 und Zr ca. 0,2
96, Rest Al.
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Die mechanischen Werte dieser Legierung betragen nach dem Glühen bei
ca. 300 0C
Zugfestigkeit (B = 15 kp/mm2 Streckgrenze #0,2 = 13 kp/mm²
#0,2 = 13 kp/mm² Bruchdehnung Cr10 = 9 °/° Legierungen der genannten Art besitzen
die für hochbeanspruchte Wärmetauscher geforderten Eigenschaften und können nach
dem erfindungsgemßen Verfahren mit geringen Maßtoleranzen zu Kanälen aufgebläht
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Herstellung von einseitig
ausgewölbten Kanalplatten geeignet. Hierzu werden beispielsweise Bleche aus dem
vorstehend genannten hochfesten, zirkonhaltigen Material und einem zirkonfreien
Aluminium durch Walzschweißen miteinander verbunden.
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Die zirkonfreie Legierung enthält Cu, Zn, Mn, Mg je unter 0,1 5' Si
ca. 0,15 % Ti ca. 0,02 % Fe ca. 0,5 %.
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Die mechanischen Werte dieser Legierung betragen nach dem Glühen bei
ca. 30000 Zugfestigkeit #B = 9 kp/mm2 Streckgrenze2 = 4 kp/mm2 Bruchdehnung 10 =
38 5'.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in
drei Verfahrensschritten, welche kurz hintereinander durchgeführt werden können,
mit einfachen Vorrichtungen Kanäle in Kanalplatten aus einem schwierig verformbaren
Material mit einheitlichem Volumen und gleichmäßigem Querschnitt
hergestellt
werden können. r Zur besseren Erläuterung der Erfindung werden die einzelnen Stufen
des Verfahrens am Beispiel der Herstellung von Kanalplatten in den nachfolgenden
Skizzen gezeigt.
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Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Kanal 1 nach der ersten
Fertigungsstufe. Der Abstand der feststehenden Platten 2, 3 beträgt hier a + x,
wobei a der Abstand der Platten Endzustand bedeutet und x einen Wert von 0,1 a bis
a annehmen kann. Durch das Recken des Materials, besonders im 3ereich des Kanalrandes
4, 5,findet eine Verwerfung der Platinen statt. 6 und 7 sind zwei durch Walzschweißen
teilweise miteinander verbundene Bleche.
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Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Kanal 1 nach dem Reduzieren
des Abstandes der feststehenden Platten 2, 3 auf den Wert a. Hierbei werden auch
die Kanäle auf das entsprechende Maß zusammengedrückt und Verwerfungen der Platinen
wieder ausgeglichen.
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Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Kanal 1#: t im Endzustand
nach der zweiten Verfahrensstufe. Der Abstand der feststehenden Platten 2, 3 beträgt
a. Der Druck zum Aufblähen der Kanäle in der zweiten Stufe liegt beispielsweise
30 S6 über dem Druck der ersten Stufe.
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Die Unterseite 8 und die Oberseite 9 des Kanals besteht aus parallel
verlaufenden Flächen, wobei die Seitenwände 10, 11 des Kanals nach außen gewölbt
sind.
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Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen einseitig aufgeblähten
Kanal 1tt. Die Kanalauswölbung 12 und die Grundfläche 13 bestehen aus parallel verlaufenden
Flächen. Die
Fertigung erfolgt in den gleichen Stufen, wie in den
Figuren 1 bis 3 beschrieben.
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Der so hergestellte Kanalquerschnitt ermöglicht Kanäle mit konstantem
Volumen, da die Breite und die Höhe des Kanals festgelegt sind und die Auswölbung
der kurzen Kanalseitenwände praktisch konstant ist.