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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hohlkörpers, insbesonders eines über Ein- und Auslässe mit Wärmeübertragungsmedium durchströmbaren MikroWärmetauschers, mit beabstandeten Begrenzungswänden, zwischen denen im Inneren zumindest bereichsweise eine Anzahl von beabstandeten, säulenartigen Abstützungen verläuft, wobei ein an der Stelle der säulenartigen Abstützungen mit durchgehenden Ausnehmungen versehener, den Hohlraum darstellender, elektrisch schlecht leitender Formkörper hergestellt, dieser elektrochemisch mit Wandmaterial beschichtet und sodann der Formkörper zerstörend aus dem Hohlraum entfernt wird.
Weiters betrifft die Erfindung auch einen metallischen Hohlkörper selbst, insbesonders einen über Ein- und Auslassöffnungen mit Wärmeübertragungsmedium durchströmbaren Mikro-Wärmetauscher, mit beabstandeten Begrenzungswänden, zwischen denen im Inneren zumindest bereichsweise eine Anzahl von beabstandeten, säulenartigen Abstützungen verläuft.
Hohlkörper der genannten Art sowie das erwähnte Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise aus der US-PS 3. 308.879 oder aus EP 0 728 229 A1 bekannt. Die säulenartigen Abstützungen der beabstandeten Begrenzungswände des Hohlkörpers geben diesem einerseits die erforderliche mechanische Stabilität und haben andererseits zumindest teilweise auch funktionelle Aufgaben - beispielsweise als Durchströmöffnungen oder Strömungslenker bzw. -verwirbier, oder können auch zur Bereitstellung grösserer abgedichteter Öffnungen z. B. zur Befestigung des Hohlkörpers dienen. Je nach Durchmesser der an der Stelle der säulenartigen Abstützungen im Formkörper vorgesehenen durchgehenden Ausnehmungen und abhängig von der Dicke der endgültigen elektrochemischen Beschichtung sind die entstehenden säulenartigen Abstützungen im Inneren entweder hohl oder massiv.
An den durch die elektrochemische Beschichtung des Formkörpers erst entstehenden säulenartigen Abstützungen bzw. insbesonders an den Übergängen dieser Abstützungen zum Wandmaterial der Begrenzungswände des Hohlkorpers können aber Probleme bei der elektrochemischen Beschichtung entstehen, die zu mechanischen Fehlern bzw.
Undichtheiten führen können.
Die verwendeten Materialien für die Herstellung der speziell für die erwähnten Mikro-Wärmetauscher naturgemäss sehr kleinen Formkörper müssen verschiedenste Anforderungen, wie beispielsweise leichte Form- und Bearbeitbarkeit, Form- und Masshaltigkeit, leichte und restlose Entfernbarkeit aus dem Hohlraum, und dergleichen, erfüllen und stammen deshalb zumeist aus der Gruppe : Kunststoff, Wachs, Harz oder dergleichen.
Nachdem diese Materialien zumeist keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, muss vor der eigentlichen elektrochemischen Wandbeschichtung auf geeignete Weise eine Startschicht auf den Formkörper aufgebracht werden (beispielsweise Graphit, Russ oder auch mit chemischen Methoden aufgebrachte Metallschichten), wobei diese Startschicht nur geringe elektrische Leitfähigkeit bietet, sodass der elektrischen Kontaktierung für die eigentliche elektrochemische Wandbeschichtung erhöhte Bedeutung zukommt.
Aus GB 2. 332.209 A ist im letztgenannten Zusammenhang bekannt, ein im wesentlichen elektrisch nicht leitendes Substrat vorerst gemeinsam in Kontakt mit einem draht- oder netzähnlichen, elektrisch gut leitenden Element mit der Startschicht zu versehen, wobei dann das zur elektrochemischen Beschichtung angelegte elektrische Potential über dieses gut leitfähige Element relativ verlustfrei über die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden Substrats aufgeteilt wird Durch dieses zusätzliche Potentialverteilungselement sind aber natürlich nur gewisse Formen des endgültig beschichteten Körpers realisierbar bzw. bestehen auch Probleme im Hinblick auf die Anbnngung und Verbindung dieser Potentialverteilungselemente am zu beschichtenden Substrat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hohlkörpers der eingangs genannten Art sowie auch den metallischen Hohlkörper selbst so zu verbessern, dass die angesprochenen Nachteile der bekannten Verfahren und Hohlkörper vermieden werden und dass insbesonders auf einfache und zweckmässige Weise eine Kontaktierung bzw. Stromzuführung für die elektrochemische Beschichtung möglich wird. Weiters sollen auch die angesprochenen möglichen Probleme an den Übergängen zwischen den säulenartigen Abstützungen und den Begrenzungswänden des Hohlkörpers vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass vor der elektrochemischen Beschichtung des Formkörpers massive leitende Einsätze als säulenartige Abstützungen in die Ausnehmungen eingebracht und zumindest teilweise bei der elektrochemischen Beschichtung zur elektrischen Kontaktierung verwendet werden. Durch diese vorher eingebrachten massiven leitenden Einsätze kann also unmittelbar
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und an beliebig vielen, beliebig beabstandeten Stellen des Hohlkörpers bei der elektrochemischen Beschichtung die elektrische Kontaktierung erfolgen, sodass also von vornherein an zumindest mehreren einzelnen Punkten entsprechendes Potential vorliegt ohne dass über die schlecht leitende Startschicht allzu sehr behindernde Abfälle zu befürchten wären.
Abgesehen von mit beliebigem Querschnitt realisierbaren Drähten, Stangen, Stiften und dergleichen können als massive leitende Einsätze auch Röhrchen oder ähnliche teilweise Hohlkörper vorgesehen werden, wenn die Verwendung an der jeweiligen Stelle z. B. eine Durchgangsöffnung erfordert.
Da die elektrochemische Beschichtung von der Stelle der Potentialzuführung, hier also von zumindest einem Teil der eingesteckten massiven Einsätze, ausgeht, entstehen am Übergang von diesen Einsätzen zum umgebenden Wandmaterial auf alle Fälle feste und dichte Verbindungen.
Da weiters die säulenartigen Abstützungen - wie eingangs erwähnt - ohnedies aus funktionellen Gründen vorhanden sind, wird durch das die elektrochemische Beschichtbarkeit wesentlich besser und gleichmässiger ermöglichende Einstecken der massiven leitenden Einsätze überhaupt kein Einfluss auf die grundsätzliche Konstruktion und Ausbildung des Hohlkörpers genommen, der insgesamt massiver und auch leichter dicht herstellbar ist.
Der metallische Hohlkörper selbst ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die säulenartigen Abstützungen von massiven Einsätzen gebildet und mit den Begrenzungswänden beim Zusammenbau des Hohlkörpers verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt wie erwähnt bei der elektrolytischen Beschichtung bzw. bei der damit erfolgenden Herstellung der Begrenzungswände selbst, indem die massiven leitenden Einsätze mit dem entsprechend angelagerten Wandmaterial sich sukzessive verbinden.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest einzelne der massiven Einsätze auf zumindest einer Seite soweit vorstehen gelassen werden, dass nach der elektrochemischen Beschichtung vorstehende Oberflächenbereiche verbleiben, welche vorzugsweise gemeinsam zur Anpassung an eine der übrigen Oberfläche vorgelagerte Kontaktfläche überarbeitet werden. Auf diese Weise können unabhängig von bzw. in gewissem Abstand zu den beabstandeten Begrenzungswänden des Hohlkörpers vorgelagerte einzelne isolierte Kontaktbereiche bereitgestellt werden, welche z. B. bei der erwähnten Ausgestaltung des Hohlkörpers als Mikro-Wärmetauscher in vorteilhafter Weise Kontakt-Wärmespannungen zwischen den Begrenzungswänden des Wärmetauschers und des zu temperierenden Bauteils verringern bzw. vermeiden.
Der Hohlkörper selbst ist dazu gemäss der Erfindung so weitergebildet, dass zumindest einzelne der massiven Einsätze auf zumindest einer Seite des Hohlkörpers über die Oberfläche desselben vorstehen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für das Wandmaterial und die massiven Einsätze der gleiche Werkstoff, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, verwendet wird, was die elektrochemische Beschichtung vereinfacht und bessere Verbindungen zwischen Wandmaterial und leitenden Einsätzen sicherstellt.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 bis 3 zeigen dabei ein Beispiel für einen Formkörper zur Herstellung eines erfindungsgemässen Mikro-Wärmetauschers in einem ersten Herstellungsschritt in Draufsicht, Vorderansicht und Schrägansicht, Fig. 4 bis 6 zeigen entsprechende Darstellungen des gleichen Formkörpers in einem weiteren Herstellungsschritt, die Fig. 7 bis 9 zeigen in teilweise geschnittener Darstellung einen entsprechenden, mit einem Formkörper gemäss Fig. 1 bis 6 hergestellten MikroWärmetauscher und Fig. 10 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Mikro-Wärmetauschers gemäss den Fig. 7 bis 9 angebracht auf einem zu temperierenden Bauteil.
Der Formkörper gemäss den Fig. 1 bis 6 besteht üblicherweise aus schlechtleitendem, aber gut bearbeitbarem und gut nach der elektrochemischen Beschichtung aus dem entstehenden Hohlkörper entfernbarem Material, beispielsweise aus Polymeren wie etwa PMMA. Gemäss den Fig. 4 bis 6 werden in den U-förmigen, trogähnlichen Formkörper 1 in einem rasterartigen Muster Löcher bzw. durchgehende Ausnehmungen 2 gebohrt (hier zylindrisch - davon abweichend könnten aber beispielsweise mit Schmelzverfahren oder dergleichen auch im Querschnitt dreieckige, sechseckige oder längliche Ausnehmungen angebracht werden).
Vor der elektrochemischen Beschichtung des Formkörpers 1 werden passende, massive leitende Einsätze 3 als säulenartige Abstützungen 4 (siehe Fig. 7 bis 10) in die Ausnehmungen 2 eingebracht und zumindest teilweise bei der elektrochemischen Beschichtung zur elektrischen Kontaktierung verwendet.
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Die auf der unteren Basisfläche 5 angeordneten massiven Einsätze 3 stehen gemäss Fig. 5,8 und 10 soweit aus dem Formkörper 1 vor, dass nach der elektrochemischen Beschichtung vorstehende Oberflächenbereiche 6 verbleiben, welche vorzugsweise gemeinsam zur Anpassung an eine der übrigen Oberfläche vorgelagerten Kontaktfläche (gemäss Fig. 10 die Oberfläche 7 des zu temperierenden Bauteils 8) überarbeitet werden. Diese Bearbeitung kann beispielsweise durch Überschleifen aller vorstehenden Oberflächenbereiche 6 (siehe Fig. 8) erfolgen und sichert, dass der so hergestellte Mikro-Wärmetauscher nicht gesamtflächig auf der Oberfläche des zu temperierenden Bauteils 8 aufliegt sondern nur im Bereich der entstehenden Einzelkontaktflächen, was oberflächliche Wärmespannungen zwischen den beiden Bauteilen verringert bzw. deren nachteilige Auswirkungen ausschliesst.
Nachdem die massiven Einsätze 3 gemäss Fig. 4 bis 6 in den mit den durchgehenden Ausnehmungen 2 versehenen Formkörper 1 eingesteckt sind, wird die gesamte Baugruppe oberflächlich mit einer leitfähigen Startschicht (beispielsweise Graphit oder Russ) versehen, wobei die Einsätze 3 aber nur an den exponierten Stellen beschichtet werden. Zumindest einzelne der Einsätze 3 werden (gegebenenfalls an entsprechend nach aussen ragenden Verlängerungen) dann bei der nachfolgenden elektrochemischen Beschichtung zur elektrischen Kontaktierung verwendet, wobei dafür strategisch günstig liegende Einsätze 3 verwendet werden, die vorzugsweise auch die Fixierung der Baugruppe in einer Halterung übernehmen.
Im Falle der ebenfalls möglichen Verwendung einer metallischen Startschicht (durch chemische Metallisierung) ist die Anfangsleitfähigkeit ausreichend, sodass nur einige wenige Einsätze (beispielsweise auf jeder Seite nur einer) ausreichen, um eine nachfolgende chemische Oberflächenbeschichtung (beispielsweise Galvanisierung) gleichmässig durchführen zu können. Falls wie erwähnt leitfähige Kohlenstoffschichten bzw. andere Beschichtungen als Startschicht benutzt werden, die relativ geringe Grundleitfähigkeit haben, wird der Abstand zwischen zwei kontaktierten massiven Einsätzen 3 bedarfsweise kleiner gewählt, da die maximale zweidimensional Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektrochemischen Beschichtung berücksichtigt werden muss, damit es nicht zu allzu grossen Unterschieden in der Dichte des Beschichtungsmaterials kommt.
Nach entsprechender (gegebenenfalls mehrstufiger) elektrochemischer Beschichtung der Baugruppe gemäss Fig. 4 bis 6 wird ein metallischer Hohlkörper gemäss Fig. 7 bis 9 erhalten, der beabstandete Begrenzungswände 10 aufweist, zwischen denen im Inneren zumindest bereichsweise eine Anzahl von beabstandeten, säulenartigen Abstützungen 4 verläuft, welche von den massiven Einsätzen 3 gebildet und mit den Begrenzungswänden 10 verbunden sind. Dieser Hohlkörper 9 kann gemäss Fig. 10 an beiden Seiten mit aufgesetzten Anschlüssen 11 für Ein- und Auslässe eines Wärmeübertragungsmediums versehen und auf einem zu temperierenden Bauteil 8 auf hier nicht weiter dargestellte Weise befestigt (z.B. aufgeklebt) werden.
Die Anschlüsse 11 können beispielsweise auf entsprechende Öffnungen aufgelötet oder zumindest zum Teil auch bei der beschriebenen Herstellung des Hohlkörpers mitgeformt sein.
Abgesehen von der dargestellten Ausführung und Anordnung der Einsätze 3 bzw. der damit erhaltenen Abstützungen 4 könnten diese auch andere geeignete und in weiten Grenzen beliebige Form aufweisen. Soferne beispielsweise rohrförmige Einsätze 3 verwendet werden, entstehen abgeschlossene Durchgangslöcher durch den Hohlkörper - mittels blättchenartig ausgedehnter Einsätze 3 könnten Strömungsleitflächen im Inneren des Hohlkörpers realisiert werden.
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