Warum Aluminiumfolie den Kühlerbau dominiert
Heizkörper und Kondensatoren werden aus dünnem Aluminiummaterial hergestellt, da das Metall eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit geringer Dichte kombiniert. Die Legierung 3003 leitet Wärme mit etwa 193 W/mK, was ungefähr der Hälfte des Volumens von Kupfer entspricht, aber etwa einem Drittel der Dichte von 2,73 g pro Kubikzentimeter entspricht. Daher bietet ein gelöteter Aluminiumkern die gleiche Wärmeableitung wie ein Kupfer-Messingkern bei wesentlich geringerer Masse und geringeren Kosten. Aluminiumfolie eignet sich auch für Lamellen- und Lanzengeometrien, die die luftseitige Grenzschicht aufbrechen, und ist mit den Lötverfahren kompatibel, die für die Massenproduktion verwendet werden.
Rippen-, Rohr- und plattierte Legierungen
| Funktion | Legierung | Hauptmerkmale |
|---|---|---|
| Flossen- und Rohrkern | 3003 | Mn 1,0-1,5; mäßige Festigkeit, gute Formbarkeit, lötbar |
| Hartlötplattierte Schicht | 4343 | Si 6,8–8,2; schmilzt unterhalb des Kerns und bildet die Verbindung |
| Alternative Mantelschicht | 4045 | Si 9,0–11,0; niedrigerer Schmelzpunkt, verwendet für dünne Plattierungsverhältnisse |
| Opferflossenschicht | 7072-Typ verkleidet | Zn-tragende Oberflächenschicht, korrodiert bevorzugt |
Mangan in 3003 erhöht die Festigkeit und Beständigkeit gegen thermische Ermüdung; Die siliziumreiche Mantelschicht auf dem Lötblech ist so formuliert, dass sie während des Lötzyklus vor dem Kern schmilzt, die Verbindung durch Kapillarwirkung benetzt und eine Kehle bildet, ohne dass die Rippe zusammenbricht. Blech- und Folienabmessungen sowie mechanische Eigenschaften der Kernlegierung werden nach ASTM B209 und in metrischen Märkten nach EN 573-3 und EN 485-2 für Zusammensetzung und Eigenschaften geordnet.
Messgeräteauswahl und Wärmeübertragung
Das Flossenmaterial ist normalerweise 0,08–0,12 mm dick. Durch die Verringerung der Dicke verringert sich der Wärmewiderstand durch die Rippe und die Materialkosten werden gesenkt, dünne Rippen verziehen sich jedoch leichter durch Vibrationen, durch Reinigungsdüsen und durch Handhabung während der Kernmontage. Schwerere Abschnitte von etwa 0,15 mm bis 0,2 mm werden für Rohre, Platten und Sammler sowie für Anwendungen ausgewählt, die Druckwechseln oder Vibrationen ausgesetzt sind. Die optimale Dicke hängt von der Rippendichte, dem Kühlmittelfluss und der Luftgeschwindigkeit ab und wird normalerweise durch eine an einem Testkern validierte thermische Simulation und nicht durch eine Faustregel festgelegt.
Lötrouten
Zwei Prozesse dominieren. Beim Vakuumlöten wird Magnesium in der Umhüllung oder auf einer Magnesium-{1}}haltigen Kernoberfläche verwendet, um den Oxidfilm zu zerstören, und erfordert eine kontrollierte Vakuumatmosphäre und eine sorgfältige flussmittelfreie Ofenpraxis. Beim Löten in kontrollierter Atmosphäre werden ein nicht korrosives Kaliumfluoraluminat-Flussmittel, das auf den zusammengebauten Kern aufgetragen wird, und eine Stickstoffatmosphäre mit kontrolliertem Taupunkt verwendet. Es ist toleranter gegenüber Legierungsschwankungen und ist die gebräuchlichere Methode für die Produktion von Kühlern in großen Stückzahlen. Für beide Routen ist eine saubere, ölfreie Folie erforderlich: Restliches Rollschmiermittel und überschüssiges Oxid führen beide zu Sprüngen und Nichtbenetzung entlang der Rippenrohrverbindung.
Beschichtungen für die Haltbarkeit der Luft--Seite und der Kühlmittelseite-
Hydrophile Beschichtungen werden auf die Lamellenoberfläche aufgetragen, sodass sich Kondenswasser zu einem Film ausbreitet, anstatt Tröpfchen zu bilden, die Lamellenspalte überbrücken und den Luftstrom blockieren. Korrosionsschutzbeschichtungen, einschließlich chromatfreier Konversionsschichten und Systeme auf Kieselsäure- oder Harzbasis-, schützen die Luftseite vor Streusalz und die Kühlmittelseite vor der mildalkalischen Glykolumgebung. Die Haftung der Beschichtung und die Korrosionsleistung werden durch zyklische Feuchtigkeits- und Salzsprühtests bewertet, beispielsweise nach ASTM B117 und nach ISO 9227, sodass der beschichtete Kern die Haltbarkeitsanforderungen der Fahrzeugplattform erfüllt.
Recycling
Gelötete Aluminiumheizkörper sind vollständig recycelbar. Schrottkerne werden geschreddert, um Stahl und Kunststoff zu trennen, und das Aluminium wird geschmolzen und zu Guss- oder Schmiedebarren zurückverarbeitet; Das Umschmelzen von Aluminium erfordert nur einen kleinen Bruchteil der Energie, die zur Herstellung von Primärmetall aus Erz benötigt wird. Die Einsparungen werden üblicherweise mit bis zu 95 Prozent angegeben. In der Praxis hängt die Recyclingquote von der Sammlung und der Effizienz der Trennung vom Kupfer-, Messing- und Kunststoffanteil des demontierten Fahrzeugs ab.
Häufig gestellte Fragen
Q:Welche Legierung wird für Kühlerlamellen verwendet?
A: Legierung 3003 ist die Standardlegierung für Rippen- und Rohrkerne mit Mangan im Bereich von 1,0 bis 1,5 Prozent für Festigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit und 4343 oder 4045 als Hartlötschicht.
Q:Welche Flossendicke ist typisch?
A: Die meisten Flossen sind 0,08–0,12 mm dick. Abschnitte von etwa 0,15 bis 0,2 mm werden dort verwendet, wo eine größere Steifigkeit oder Vibrationsfestigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei Rohren, Platten und Sammelrohren.
Q:Warum werden hydrophile Beschichtungen verwendet?
A: Sie verhindern, dass sich Kondensattropfen bilden, die benachbarte Lamellen überbrücken und den Luftweg blockieren, wodurch die luftseitige Wärmeübertragung und der Druckabfall im feuchten Betrieb stabil bleiben.
Q:Was verursacht Nichtbenetzung beim Löten?
A: Restliches Walzöl, zu viel Aluminiumoxid oder ein falsches Plattierungsverhältnis. Die Lötfolie wird sauber geliefert und in der Regel unmittelbar vor der Kernmontage entfettet.
Q:Kann Heizkörperfolie am Ende--recycelt werden?
A: Ja. Zerkleinertes und getrenntes Kühleraluminium wird zu neuen Barren umgeschmolzen, und das Umschmelzen verbraucht einen kleinen Bruchteil der Energie, die für die Primäraluminiumproduktion erforderlich ist.
Q:Wie wird die Korrosionsleistung überprüft?
A: Durch Salzsprüh- und zyklische Korrosionstests wie ASTM B117 und ISO 9227, zusammen mit langfristigen elektrochemischen Tests der im Kern verwendeten Rippen- und Mantelschichtkombinationen.