DE19628546A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeleitrohres - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeleitrohres.

Die Herstellung von Wärmeleitrohren (Heat Pipes) gestaltet sich üblicherweise sehr aufwendig aufgrund des erforderlichen Einsatzes von Vakuumpumpen, des Ver­ schweißens oder Verlötens der Rohre und des spaltfreien, kraftschlüssigen Einbau­ es von fertiggestellten Wärmeleitrohren in Kühlprofile.

Aus der DE 38 25 981 C2 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, in einem strang­ gepreßten Rippenkühlkörper eine langgestreckte Nut vorzusehen, welche durch ei­ nen angesetzten und dicht verschweißten Deckel zu einem Wärmerohr komplettiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeleitrohres anzugeben, das ohne den Einsatz von Vakuumpumpen und ohne Verschweiß/Verlöttechniken auskommt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeleitrohres mit folgenden Schritten gelöst:

• a) in die Innenröhre eines Wärmeleitrohres wird ein an einer Kolbenziehstange befestigter erster Stopfen derart eingeschoben, daß sich ein gewünschter Abstand zwischen dem Stopfen und der nach oben zeigenden ersten Öffnung des senkrecht stehenden Wärmeleitrohres ergibt,
• b) die Innenröhre wird randvoll mit einer Flüssigkeit wie Reinwasser, Alkohol oder Azeton gefüllt,
• c) die nach oben zeigende erste Öffnung wird mittels eines zweiten Stopfens verschlossen,
• d) die Innenröhre wird um 180° gedreht,
• e) es wird eine geringe Menge Flüssigkeit in die jetzt nach oben zeigende zweite Öffnung des Wärmeleitrohres eingefüllt,
• f) der erste Stopfen wird mittels der Kolbenziehstange bis zur zweiten Öffnung gezogen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Herstellverfahren unter Einsatz eines sehr einfachen Montage- und Verschlußsy­ stems eine äußerst preiswerte Produktion von Wärmeleitrohren ermöglicht. Gegen­ über der herkömmlichen Heat-Pipe-Herstellung sind die Arbeitsabläufe deutlich vereinfacht, insbesondere durch die Einfach-Evakuierung mittels Kolbentechnik und Befüllung sowie die Verschlußtechnik ohne Verschweißen oder Verlöten. Da die In­ nenröhren vorzugsweise direkt als Bohrungen in einem Kühlprofil eingebracht sind, entfällt vorteilhaft der aufwendige Montageschritt, vorgefertigte Heat-Pipes kraft­ schlüssig in ein Kühlprofil einzubringen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere auch die Einbringung ei­ nes Dochtes und spezielle Verfahrensschritte bei der Herstellung zweiachsiger Wärmeleitrohre, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 die einzelnen Schritte bei der Herstellung eines Wärmeleitrohres,

Fig. 5 ein Wärmeleitrohr mit innenliegendem Docht,

Fig. 6 und 7 ein zweiachsiges Wärmeleitrohr.

In Fig. 1 ist der erste Schritt bei der Herstellung eines Wärmeleitrohres dargestellt. Es ist eine Innenröhre 1 eines einachsigen Wärmeleitrohres mit einer ersten Öff­ nung 2 und einer zweiten Öffnung 3 zu erkennen. Die Innenröhre 1 ist vorzugsweise als Bohrung in einem Kühlprofil (Strangpreßprofil) aus Aluminium ausgebildet, kann jedoch auch die Bohrung eines Rohres sein. In die Innenröhre 1 ist ein an einer Kol­ benziehstange 5 befestigter Stopfen 4 (Dicht-Stopfen) - vorzugsweise aus Alumini­ um - derart eingeschoben, daß sich ein Abstand a der Dichtfläche des Stopfens 4 von der Öffnung 2 ergibt.

Anschließend wird eine Flüssigkeit 7, beispielsweise destilliertes Wasser, Alkohol oder Azeton in den Innenraum der Innenröhre 1 zwischen Stopfen 4 und erster Öff­ nung 2 bis zum Rand eingebracht. Dabei muß die Innenröhre 1 senkrecht mit der Öffnung 2 nach oben ausgerichtet sein.

In einem in Fig. 2 gezeigten zweiten Schritt wird bei ebenfalls senkrecht ausgerichte­ ter Innenröhre die erste Öffnung 2 mittels eines Stopfens 9 verschlossen. Dieser Stopfen 9 ist gleichartig dem Stopfen 4. Nach dem Einpressen einer Hülse 6 in den Stopfen 9 ist die Innenröhre an ihrer Öffnung 2 dicht verschlossen.

Im nachfolgenden, in Fig. 3 skizzierten dritten Schritt wird die Innenröhre 1 um 180° gedreht und eine geringe Menge an Flüssigkeit 8 durch die jetzt nach oben zeigende Öffnung 3 der Innenröhre eingebracht. Die Flüssigkeit 8 entspricht in ihrer Zusam­ mensetzung der Flüssigkeit 7. Anschließend kann die Kolbenziehstange 5 betätigt werden, um den Stopfen 4 durch die Innenröhre 1 bis zur Öffnung 3 zu ziehen. Die Aufgabe der Flüssigkeit 8 besteht darin, in Verbindung mit einer Dichtring/Nut-Konfi­ guration (Weichdichtung) des Stopfens eine Abdichtung gegen Lufteintritt (Mikroun­ dichtigkeiten) zwischen dem sich bewegenden Stopfen 4 und der Innenröhre 1 si­ cherzustellen. Während der Betätigung der Kolbenziehstange 5 wird ein Vakuum in dem die Flüssigkeit enthaltenden Raum der Innenröhre 1 gebildet.

Sobald der Stopfen 4 die Öffnung 3 erreicht hat, werden in einem vierten Schritt eine Hülse 10 in den Stopfen 4 eingepreßt und die Kolbenstange 5 demontiert. In Fig. 4 ist das derart gebildete fertiggestellte Wärmeleitrohr gezeigt. Der Dichtring (Weich­ dichtung) hat seine Funktion bei der Erzeugung des Vakuums erfüllt und spielt bei der Dauerabdichtung keine Rolle. Die Dauerabdichtung wird über die Flächenpres­ sung der Stopfen gegen die Innenröhre sichergestellt.

In Fig. 5 ist ein Wärmeleitrohr mit innenliegendem Docht gezeigt. Ein derartiges Wärmeleitrohr wird dann eingesetzt, wenn zwischen dem relativ kalten Ende und dem relativ heißen Ende des Wärmeleitrohres kein natürliches Gefälle vorgesehen werden kann. In einem solchen Anwendungsfall dient ein Docht 11, welcher zwi­ schen den beiden Stopfen 4, 9 des Wärmeleitrohres an Querbohrungen in den Stopfenspitzen befestigt ist, zur Rückleitung der am relativ heißen Ende verdampften und sich am relativ kalten Ende niederschlagenden Flüssigkeit zurück zum relativ heißen Ende. Der Docht wird wie folgt in die Innenröhre eingebracht:

Der spiralförmig gewundene Docht 11 wird am Stopfen 4 befestigt, bevor dieser in die Innenröhre eingeführt wird. Das freie Ende des Dochtes ragt über die Öffnung 2 und wird am Stopfen 9 befestigt, bevor dieser auf die Öffnung 2 aufgesteckt wird. Aufgrund seiner spiralförmigen Ausbildung läßt sich der Docht 11 auf den räumli­ chen Abstand zwischen den Stopfen des fertiggestellten Wärmeleitrohres auszie­ hen.

Vor dem Einpressen eines Stopfens in die Innenröhre eines Wärmeleitrohres kann zusätzlich in die Nut des Stopfens ein anaerobes Eindring- und Dichtmittel einge­ bracht werden, welches bei Zufuhr von Sauerstoff flüssig ist und bei Abschluß von Sauerstoff aushärtet. Durch dieses Eindring- und Dichtmittel wird ein eventuell noch innerhalb des Wärmeleitrohres befindlicher Sauerstoffrest "verbraucht", bevor das Eindring- und Dichtmittel abdichtend aushärtet.

Bei der vorstehenden Beschreibung ist nur von einer einzigen Innenröhre 1 eines Wärmeleitrohres die Rede. Es versteht sich jedoch von selbst, daß vorzugsweise mehrere Innenröhren parallel nebeneinander in einem Kühlprofil verlaufen, wobei die Wärmeleitrohre vorzugsweise gleichzeitig in der beschriebenen Art und Weise fertiggestellt werden.

In den Fig. 6 und 7 ist ein zum Längs- und Quertransport geeignetes zweiachsi­ ges Wärmeleitrohr gezeigt, welches in einer den vorstehenden Ausführungen ähnli­ chen Art und Weise herstellbar ist. In Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine Seite und in Fig. 7 ein Schnitt durch eine Stirnseite dargestellt. Das Wärmeleitrohr weist eine erste Innenröhre 12 sowie eine hierzu senkrechte, mit der ersten Innenröhre ver­ bundene zweite Innenröhre 13 auf. Im fertiggestellten Zustand sind die beiden Öff­ nungen der Innenröhre 12 mittels Stopfen 14, 15 verschlossen. Ein jeweils an den Stopfen 14, 15 befestigter Docht 16 erstreckt sich durch die Innenräume beider In­ nenröhren 12, 13, wobei der Docht innerhalb der Innenröhre 13 vorzugsweise mä­ anderförmig verläuft. In Fig. 7 ist zu erkennen, daß beide Innenröhren unmittelbar in ein Kühlprofil 17 eingearbeitet, beispielsweise gebohrt und gefräst sind. Ein Deckel 18 dient zum vakuumdichten Verschluß der Innenröhre 13.

Zur Herstellung des zweiachsigen Wärmeleitrohres wird zunächst der spiralförmige Docht 16 am Stopfen 14 befestigt und in mäanderförmige Nuten der offenen zweiten Innenröhre 13 eingelegt. Das freie Ende des Dochtes 16 wird über die unmittelbar neben der zweiten Innenröhre 13 befindliche Öffnung der ersten Innenröhre 12 nach außen geführt, so daß es in einem späteren Verfahrensschritt am Stopfen 15 befe­ stigt werden kann.

Anschließend wird der Deckel 18 der zweiten Innenröhre 13 vakuumdicht montiert, beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben des Deckels mit dem Kühlprofil 17. In einem nächsten Verfahrensschritt wird die erste Innenröhre 12 der­ art in eine vertikale Position gebracht, daß sich die zweite Innenröhre 13 oben be­ findet. Der Stopfen 14 befindet sich in einer Position unterhalb der Innenröhre 13, so daß die Flüssigkeit 7 durch die unverschlossene obere Öffnung der Innenröhre 12 randvoll eingefüllt werden kann. Durch "Schrägschwenken" der Wärmeleitrohre wird das Entlüften forciert. Anschließend wird die obere Öffnung der ersten Innenröhre 12 mit dem Stopfen 15 verschlossen. Die weiteren Verfahrensschritte - wie beispiels­ weise Drehung um 180° und Kolbenziehen - sind wie vorstehend zum einachsigen Wärmeleitrohr erläutert.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeleitrohres, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) in die Innenröhre (1, 12) eines Wärmeleitrohres wird ein an einer Kolben­ ziehstange (5) befestigter erster Stopfen (4, 14) derart eingeschoben, daß sich ein gewünschter Abstand (a) zwischen dem Stopfen und der nach oben zeigenden ersten Öffnung (2) des senkrecht stehenden Wärmeleitrohres ergibt,
• b) die Innenröhre (1, 12) wird randvoll mit einer Flüssigkeit wie Reinwasser, Alkohol oder Azeton gefüllt,
• c) die nach oben zeigende erste Öffnung (2) wird mittels eines zweiten Stop­ fens (9, 15) verschlossen,
• d) die Innenröhre (1, 12) wird um 180 Grad gedreht,
• e) es wird eine geringe Menge Flüssigkeit (8) in die jetzt nach oben zeigende zweite Öffnung (3) des Wärmeleitrohres eingefüllt,
• f) der erste Stopfen (4, 14) wird mittels der Kolbenziehstange bis zur zweiten Öffnung (3) gezogen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein spiralför­ mig ausgebildeter Docht (11, 16) am ersten Stopfen (4, 14) befestigt wird und daß das freie Ende nach Durchführung des Dochtes durch die Innenröhre (1, 12) an den zweiten Stopfen (9, 15) montiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines zweiachsigen Wärmeleitrohres mit zwei vorzugsweise senkrecht zueinander angeordneten und miteinander verbundenen Innenröhren (12, 13) die zweite Innenröhre (13) geöffnet wird, um den Docht (16) vorzugsweise mä­ anderförmig einzulegen und anschließend vakuumdicht verschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stopfen (4, 9, 14, 15) jeweils Hülsen (6, 10) eingepreßtwerden, wodurch die Dichtflächen der Stopfen vakuumdicht gegen die Wandung der Innenröhre (1, 12) gedrückt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Abdichtung der mit Stopfen (4, 9, 14, 15) verschlossenen Wärmeleitrohre eine anaerobe Eindring- und Dichtflüssigkeit zwischen Bohrungs­ wand und Stopfen eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenröhre (1, 12, 13) durch Bohren oder Fräsen direkt in einem vorzugs­ weise aus Aluminium bestehenden Kühlprofil gebildet wird.