AT523427B1

AT523427B1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres

Info

Publication number: AT523427B1
Application number: ATA50106/2020A
Authority: AT
Original assignee: Miba Sinter Austria Gmbh
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-08-15
Also published as: US20210247146A1; US11536517B2; DE102021102959A1; CN113245550A; AT523427A4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres (1) umfassend die Schritte: Bereitstellen eines rohrförmigen Hüllelementes (2) mit einer Länge und einem Innenraum (4); Einfüllen eines Pulvers mit Partikeln (5) in das Hüllelement (2) zur Ausbildung einer Kapillarstruktur (3) in dem Hüllelement 2); Verbinden der Partikel (5) des Pulvers miteinander, wobei der von dem Hüllelement (2) umschlossene Innenraum (4) zumindest über einen Teilbereich der Länge des Hüllelementes (2) zur Gänze mit dem Pulver gefüllt wird, und danach die Verbindung der Partikel (5) des Pulvers miteinander und bevorzugt auch mit dem Hüllelement (2) in einer an dem Hüllelement (2) anliegenden Schicht mittels induktiver Wärmeerzeugung von außen durchgeführt wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres umfassend die Schritte: Bereitstellen eines rohrförmigen Hüllelementes mit einer Länge und einem Innenraum; Einfüllen eines Pulvers mit Partikeln in das Hüllelement zur Ausbildung einer im Querschnitt zumindest annähernd ringförmig ausgebildeten Kapillarstruktur in dem Hüllelement; Verbinden der Partikel des Pulvers miteinander.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Wärmerohr umfassend ein Hüllelement und eine aus einem Pulver hergestellte Kapillarstruktur die von dem Hüllelement umgeben ist, und die im Querschnitt zumindest annähernd ringförmig ausgebildet ist und eine Wanddicke aufweist.

[0003] Wärmerohre (auch Heatpipes genannt) sind im Stand der Technik bereits vielfältig beschrieben worden. Ein Wärmerohr ist vereinfacht ausgedrückt ein in sich geschlossenes System in einem im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuse, das in seinem Inneren ein Fluid aufweist, das sich aufgrund des herrschenden Drucks bei Betriebstemperatur nahe an seinem Siedepunkt befindet. Wird das Wärmerohr in einem Teilbereich erwärmt, so geht das Fluid in die Gasphase über, um im Inneren des Wärmerohrs in Richtung eines kühleren Bereichs zu strömen, dort zu kondensieren und entlang der Innenwände des Gehäuses des Wärmerohrs in den wärmeren Bereich zurückzufließen. Bei diesem (Wärme-)Transportprozess entzieht das Wärmerohr in einem Verdampfungsbereich seiner Umgebung Wärme und führt diese Wärme der Umgebung des Kondensationsbereichs des Wärmerohrs zu.

[0004] Für den Transport des flüssigen Fluids aus dem Kondensationsbereich in den Verdampfungsbereich können in derartigen Wärmerohren Kapillarstrukturen vorgesehen sein. Diese können mit unterschiedlichsten Mitteln erzeugt werden. Häufig werden hierfür Pulver eingesetzt, die auf die Innenwände der Wärmerohre aufgesintert werden.

[0005] Für die Herstellung von nur teilweise mit einer Kapillarstruktur gefüllten Wärmerohren werden Kernstäbe eingesetzt, sodass zwischen dem Rohr und dem Kernstab ein Ringraum ausgebildet, der mit dem Sinterpulver aufgefüllt wird. Beispielsweise beschreibt die WO 02/44639 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs umfassend die Schritte: Positionieren eines Werkzeugs in der Mitte des Rohrs und mehrerer Drähte an einer an einer Innenwand befestigten Position des Rohres; Einfüllen von Metallpulver zwischen der Innenwand des Rohrs und dem Werkzeug; Sintern der resultierenden Struktur in einem Ofen unter einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur für eine vorbestimmte Zeit, Entfernen des Werkzeugs und der Drähte, um die Kapillarstruktur mit durchgehenden Luftlöchern vom Rohrtyp zu bilden, und Einfüllen eines Arbeitsfluids in das Innere des Rohrs unter Vakuum und Abdichten des Rohrs.

[0006] Es sind aber auch alternative Herstellverfahren von mit Sinterpulvern versehenen Wärmerohren beschrieben worden. So beschreibt z. B. die WO 1998/033031 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs zum Transport von Wärme von einem Verdampfungsbereich zu einem Kondensationsbereich, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewänden, eine in dem Gehäuse angeordnete und im Verdampfungsbereich sowie im Kondensationsbereich jeweils mit der entsprechenden Gehäusewand thermisch gekoppelte Kapillarstruktur, einen in dem Gehäuse angeordneten und vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich führenden Dampfkanal und ein Wärmetransportmedium, wobei die Kapillarstruktur durch thermisches Plasmaspritzen von Pulverpartikeln als offenporige Kapillarschicht hergestellt wird.

[0007] Die US 2007/095506 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs mit einer Sinterschicht an der Innenseite, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Gehäuses, das schräg angeordnet wird; Einfüllen einer Pulveraufschlämmung in das Gehäuse, Drehen des Gehäuses mit der Aufschlämmung, um eine Aufschlämmungsschicht zu bilden, die an der Innenwand des Gehäuses gehalten wird; Sintern der Aufschlämmungsschicht.

[0008] Aus der JPS60-251390 A ist bekannt, eine Mischung aus einem Arbeitspulver und einem Verbindungspulver herzustellen, um eine Sinterstruktur in einem Wärmerohr herzustellen. Die Anbindung des Arbeitspulvers an die Innenwand erfolgt über das Verbindungspulver, das dazu

in ein Rohr eingefüllt wird. Das Wärmerohr wird dann lokal erwärmt, während es sich dreht. Dabei wird das Verbindungspulver mit der Innenwand des Rohres verschweißt.

[0009] Die FR 2886721 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs, nach dem ein Metallpulver in ein Rohr eingefüllt wird, das Rohr danach in die Horizontale umgelegt und mechanisch vibriert oder gerollt wird, während die Sinterstruktur ausgebildet wird.

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Möglichkeit zur Herstellung eines Wärmerohrs zu schaffen, mit der die Wandstärker der Kapillarstruktur relativ einfach einstellbar ist bzw. ein entsprechendes Wärmerohr zu schaffen.

[0011] Diese Aufgabe wird dem eingangs genannten Verfahren gelöst, bei dem der von dem Hüllelement umschlossene Innenraum zumindest über einen Teilbereich der Länge des Hüllelementes zur Gänze mit dem Pulver gefüllt wird, danach die Verbindung der Partikel des Pulvers miteinander und bevorzugt auch mit dem Hüllelement in einer an dem Hüllelement anliegenden Schicht mittels induktiver Wärmeerzeugung von außen durchgeführt wird, und danach das gegebenenfalls überschüssige Pulver mit losen Partikeln wieder aus dem Hüllelement entfernt wird.

[0012] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Wärmerohr gelöst, bei dem die Kapillarstruktur an der Innenmantelfläche eine Oberflächenrauhigkeit aufweist, die zwischen 20 % und 500 % des mittleren Durchmessers der Partikel des Pulvers beträgt.

[0013] Von Vorteil ist dabei, dass aus dem Pulver eine Kapillarstruktur erzeugt werden kann, die eine relativ hohe Porosität aufweist. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit der Verwendung eines Kernstiftes, für die Ausbildung einer hohlzylinderförmigen Kapillarstruktur, womit deren Herstellung entsprechend vereinfacht werden kann. Als Nebeneffekt kann damit auch die Herstellungsdauer derartiger Wärmerohre verkürzt werden, womit die Herstellkosten ebenfalls gesenkt werden können. Durch die Vermeidung eines Kernstiftes kann auch vermieden werden, dass die Kapillarstruktur ungewollt eine unterschiedliche Schichtdicke aufweist. Wird nämlich der Kernstab schief eingeführt oder wird ein verbogener Kernstift verwendet, resultieren daraus unterschiedlich breite Ringräume über die Länge des Hüllelementes, sodass auch die Pulverbefüllung nicht gleichmäßig ist. Zudem wird durch die Vermeidung eines Kernstiftes eine Innenmantelfläche der hohlzylindrischen Kapillarstruktur erzeugt, die deutlich rauer ist, verglichen mit Oberflächen, die an Kernstäben anliegen. Von Vorteil ist weiter, dass die Länge des herstellbaren Wärmelementes nicht durch die Länge eines Kernstabes beeinflusst wird, sodass auch „endlose“ Wärmerohre hergestellt werden können.

[0014] Für eine Kapillarstruktur mit höherer Festigkeit kann die mit dem Verfahren erzeugte Kapillarstruktur noch gesintert werden. Dazu kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das mit der Kapillarstruktur versehene Hüllelement einem Sinterverfahren unterzogen wird.

[0015] Das Verfahren bietet auch die Möglichkeit, dass gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens die aus dem Pulver herzustellende Kapillarstruktur über die Länge der Kapillarstruktur mit unterschiedlicher Schichtstärke hergestellt wird, sodass bei einer Ausführungsvariante des Wärmerohres die ringförmige Kapillarstruktur eine über die Länge des Wärmerohres sich verändernde Wanddicke aufweist. Damit kann die Kapillarstruktur einfach an Anwendungen angepasst werden, bei denen lokal unterschiedliche Wärmemengen erzeugt und abtransportiert werden sollen.

[0016] Gemäß einer Ausführungsvariante des Wärmerohres hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kapillarstruktur über die Länge der Kapillarstruktur und/oder über den Innenumfang der Kapillarstruktur abwechselnd dünne und im Vergleich dazu dickere Abschnitte aufweist, womit die Temperierung eines Gegenstandes, der an dem Wärmerohr anliegt, einfacher erfolgen kann. Es können damit verschiedene Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Rillen, Noppen, etc., bereitgestellt werden.

[0017] Eine einfache Möglichkeit zur Ausbildung unterschiedlicher Wandstärken kann zur Verfügung gestellt werden, wenn gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens das mit dem Pul-

ver versehene Hüllelement mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch einen Induktor oder der Induktor mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang des mit dem Pulver versehenen Hüllelementes bewegt wird und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen induktiv behandelt wird.

[0018] Im Zuge der durchgeführten Evaluierung des Verfahrens hat sich herausgestellt, dass es für die Ausbildung einer fest zusammenhaltenden aber dennoch relativ hoch porösen Struktur von Vorteil ist, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens ein Pulver eingesetzt wird, das Partikel aufweist, die einen Durchmesser zwischen 5 um und 1000 um, insbesondere zwischen 5 um und 500 um, aufweisen.

[0019] Wie bereits ausgeführt kann mit dem Verfahren auch eine Kapillarstruktur erzeugt werden, die über die Länge des Wärmerohres nur geringe Abweichungen von der Wandstärke aufweist. Es kann daher bei einer Ausführungsvariante des Wärmerohres die Wanddicke der mit ringförmigem Querschnitt ausgebildeten Kapillarstruktur über die gesamte Länge des Wärmerohres um maximal + 0,1 mm, insbesondere um maximal + 0,05 mm, von Mittelwert der Wanddicke abweichend ausgebildet sein.

[0020] Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass damit Schichtdicken der Kapillarstruktur herstellbar sind, die mit einem Kernstabverfahren nicht herstellbar sind, weil der verbleibende Ringraum zwischen Hüllelement und Kernstab nicht oder nur unvollständig mit dem Pulver gefüllt werden kann. Eine Ausführungsvariante des Wärmerohres sieht daher vor, dass die Wanddicke der mit ringförmigem Querschnitt ausgebildeten Kapillarstruktur zwischen 0,005 mm und 0,1 mm beträgt.

[0021] Von Vorteil sind derart dünne Schichten z.B. bei sehr flachen Wärmerohren, beispielsweise für die Verwendung in Smartphones, etc.

[0022] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0023] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0024] Fig. 1 ein Wärmerohr im Querschnitt;

[0025] Fig. 2 eine Mikroskopaufnahme eines Ausschnittes des Wärmerohres nach Fig. 1; [0026] Fig. 3 ein Wärmerohr im Längsschnitt;

[0027] Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Verfahrensablauf zur Herstellung eines Wärmerohres.

[0028] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0029] In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Wärmerohr 1 dargestellt.

[0030] Das Wärmerohr 1 dient der Kühlung bzw. Temperierung von Gegenständen. Es kann generell für den Wärmetransport verwendet werden, um Wärmeenergie von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort zu transportieren. Die Wirkungsweise wurde voranstehend schon kurz erläutert.

[0031] Das Wärmerohr 1 umfasst ein Hüllelement 2 und eine Kapillarstruktur 3 (auch als Kapillarelement bezeichenbar) bzw. besteht aus diesen Komponenten.

[0032] Das Hüllelement 2 ist rohrförmig ausgebildet. Es kann unterschiedlichste Querschnitte aufweisen, beispielsweise kreisrund, oval, mehreckig, wie z.B. quadratisch, rechteckig, etc. Die in den Figuren dargestellte Form des Wärmerohres 1 bzw. des Hüllelementes 2 ist also nicht beschränkend zu verstehen.

[0033] Das Hüllelement 2 besteht aus einem metallischen Werkstoff. Bevorzugt wird aufgrund der Wärmeleitfähigkeit Kupfer bzw. eine Kupferbasislegierung eingesetzt. Es können aber auch andere Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden, wie beispielsweise Aluminium, Silber, etc. Der eingesetzte Werkstoff verleiht dem Wärmerohr 1 auch die Formstabilität im eingesetzten Temperaturbereich.

[0034] Das Hüllelement 2 definiert einen Innenraum 4, den es umgibt. Die Kapillarstruktur 3 ist in diesem Innenraum 4 angeordnet und dementsprechend ebenfalls von dem Hüllelement 2 umgeben.

[0035] Die Kapillarstruktur 3 besteht oder umfasst ebenfalls einen metallischen Werkstoff. Bevorzugt wird aufgrund der Wärmeleitfähigkeit Kupfer bzw. eine Kupferbasislegierung, z.B. Messing, eingesetzt. Es können aber auch andere Metalle oder Metalllegierungen verwendet werden, wie beispielsweise Aluminium, Aluminiumlegierungen, Edelmetalle, wie z.B. Silber, Platin, Eisen, Stahl, z.B. Edelstahl, Hartmetalle, Wolfram, Chrom, Nickel, Nickellegierungen, Kobalt, Titan, Magnesium, Halbmetalle, wie z.B. Silizium, etc. Die Kapillarstruktur kann aber auch aus nichtmetallischen Werkstoffen bestehen bzw. diese umfassen, wie beispielsweise Kohlefasern oder Graphit. Die Kapillarstruktur stellt die Kapillaren für den Transport des flüssigen Arbeitsmediums im Wärmerohr 1 dar.

[0036] Die Kapillarstruktur 3 weist Partikel 5 aus einem Pulver auf bzw. besteht daraus, insbesondere aus den voranstehend genannten metallischen und/oder nichtmetallischen Werkstoffen. Die Partikel 5 sind so miteinander verbunden, dass eine poröse Struktur entsteht, wie dies beispielsweise aus Fig. 2 ersichtlich ist, die einen mikroskopischen Ausschnitt aus dem Wärmerohr 1 zeigt.

[0037] Bevorzugt weist die Kapillarstruktur 3 eine Porosität gemäß DIN 30911-3 1990-10 zwischen 10 % und 70 % auf.

[0038] In der dargestellten Ausführungsvariante des Wärmerohres 1 ist die Kapillarstruktur 3 hohlzylindrisch ausgebildet. Dabei kann die Kapillarstruktur 3 eine Wanddicke 6 aufweisen, die zwischen 1 % und 1000 % einer Wanddicke 7 des Hüllelementes 2 entspricht.

[0039] In absoluten Werten kann die Kapillarstruktur 3 eine Wanddicke 6 aufweisen, die zwischen 10 um und dem gesamten Innenquerschnitt des Wärmerohres 1 beträgt.

[0040] Gemäß einer Ausführungsvariante des Wärmerohres 1 kann vorgesehen sein, dass die Wanddicke 6 der hohlzylindrischen Kapillarstruktur 3 zwischen 0,005 mm und 1 mm beträgt.

[0041] Weiter kann die Wanddicke 6 der Kapillarstruktur 3 einen Wert aufweisen, der zwischen 5 um und 95 % des Innenradius des Hüllelementes 2 der größten Abmessung des Querschnittes des Innenraums 4 beträgt. In der dargestellten Ausführungsvariante des Wärmerohres 1 ist dies der Durchmesser des Innenraums 4. Bei flachen Wärmerohren 1, deren Querschnitt eine Breite und eine Höhe aufweist, ist dies die Breite des Innenraums 4.

[0042] Weiter weist die Kapillarstruktur 3 eine Innenmantelfläche 8 auf. Diese kann eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen, die zwischen 20 % und 500 % eines mittleren Durchmessers 9 der Partikel 5 des Pulvers beträgt. Der Mittelwert der Partikel 5 des Pulvers wird mikroskopisch anhand der Mittelwertbildung von Abmessungen aus fünf Messstrecken bestimmt. Die Kapillarstruktur 3 kann also eine relativ raue Oberfläche aufweisen. Dabei können in der Innenmantelfläche 8 auch Rillen 10 bzw. Furchen bzw. generell Vertiefungen ausgebildet sein, deren Breite und/oder Tiefe zwischen 100 % der Partikelgröße der Partikel 5 des Pulvers und 50 % des Innendurchmessers des Hüllelementes 2 beträgt. Die Innenmantelfläche 8 kann also auch zumindest teilweise strukturiert sein, also mit einer Oberflächenstruktur versehen sein, die ein Ergebnis des eingesetzten Pulvers und des Herstellungsverfahrens ist. Beispielsweise kann die Innenmantelfläche 8 zumindest bereichsweise zumindest annähernd noppenförmig ausgebildet sein.

[0043] Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass die Oberflächenrauhigkeit der Kapillarstruktur 3 an der Innenoberfläche 8 über die Länge des Hüllelementes 2 verändert wird, also eine über die Länge des Hüllelementes 2 variierende Oberflächenrauhigkeit vorhanden ist. Bei-

spielsweise kann dies mittels unterschiedlicher Pulver erzeugt werden, die nacheinander in das Hüllelement 2 eingefüllt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der Energieeintrag in das Pulver bei der induktiven Wärmeerzeugung variiert wird. Es können damit bewusst Stellen oder Abschnitte im Wärmerohr 1 erzeugt werden, die eine andere Oberflächenstruktur aufweisen.

[0044] Abgesehen von der Oberflächenrauheit kann die Kapillarstruktur 3 mit einer über eine Länge 11 (siehe Fig. 3) der Kapillarstruktur 3 in Richtung einer Längsmittelachse 12 des Wärmerohres 1 sehr gleichmäßigen Wanddicke 6 hergestellt werden. Die Wanddicke 6 der Kapillarstruktur 3 kann gemäß einer Ausführungsvariante des Wärmerohres 1 über die gesamte Länge 11 der Kapillarstruktur 3 in um maximal + 0,1 mm, insbesondere um maximal + 0,05 mm, von Mittelwert der Wanddicke 6 abweichen. Der Mittelwert bezeichnet hier das arithmetische Mittel aller Wanddickenwerte über die Länge 11 betrachtet.

[0045] Wie Fig. 3 zeigt, kann im Rahmen der Erfindung nach einer weiteren Ausführungsvariante aber auch vorgesehen sein, dass die Kapillarstruktur 3 eine über die Länge 11 der Kapillarstruktur 3 in Richtung der Längsmittelachse 12 sich verändernde Wanddicke 6 aufweist.

[0046] Beispielsweise kann die Kapillarstruktur 3 über seine Länge 11 nach einer weiteren Ausführungsvariante abwechselnd dünne und im Vergleich dazu dickere Abschnitte 13 aufweisen. Es können aber auch andere Dickenverläufe hergestellt werden, beispielsweise mit über die Länge 11 kontinuierlicher Dickenabnahme, wie dies in Fig. 3 strichliert dargestellt ist. Die konkret dargestellten Wanddickenverläufe der Kapillarstruktur sollen aber den Rahmen der Erfindung nicht beschränkend verstanden werden.

[0047] Die Partikel 5 werden bei der Herstellung der Kapillarstruktur 3 miteinander verbunden. Dabei kann auch bevorzugt vorgesehen sein, dass die Kapillarstruktur 3 mit dem Hüllelement 2 verbunden wird.

[0048] Für die Herstellung des Wärmerohres 1 wird ein bereits rohrförmiges Hüllelement 2 eingesetzt. Dieses wird, wie dies aus Fig. 4 zu ersehen ist, mit dem Pulver, aus dem die Kapillarstruktur 3 hergestellt wird, zumindest bis zur einer Länge 14 des Hüllelementes 2 vollständig aufgefüllt. Die Länge 14 kann ein Teil der Gesamtlänge des Hüllelementes 2 sein. Es kann aber auch nur ein Teilbereich des Hüllelementes 2 mit dem Pulver vollständig aufgefüllt werden, sodass die Länge 14 nur ein Bruchteil der Gesamtlänge des Hüllelementes 2 ist.

[0049] Das Füllen des Hüllelementes 2 mit dem Pulver kann bei stillstehendem oder sich drehenden (rotierenden) Hüllelement 2 erfolgen. Weiter ist es auch möglich, dass das Hüllelement 2 beim Füllen anders bewegt wird, beispielsweise gerüttelt wird.

[0050] Es ist weiter möglich, dass das Hüllelement 2 nur teilweise gefüllt wird, danach in Rotation versetzt wird und mit anhaltender Rotation und entsprechendem Vorschub der induktiven Erwärmung ausgesetzt wird. Es ist damit z.B. möglich, ohne Überschusspulver zu arbeiten, dass nach der induktiven Erwärmung wieder entfernt werden muss. Es handelt sich dabei also um eine Art Schleuderverfahren, bei dem zumindest annährend genau die Menge an Pulver eingesetzt wird, die für die Ausbildung einer Kapillarstruktur 3 mit ringförmigem Querschnitt erforderlich ist. Aufgrund der (konstanten) Rotation kann eine zumindest annähernd gleichmäßige, insbesondere eine gleichmäßige Schichtdicke der Kapillarstruktur 3 hergestellt werden.

[0051] Es ist weiter möglich, dass Hüllelemente 2 eingesetzt werden, die einen über ihre Länge variierenden Querschnitt aufweisen, beispielsweise mit einem „Flaschenhals“ ausgebildet sind.

[0052] Vor dem Einfüllen des Pulvers kann ein Ende des Hüllelementes 2 verschlossen werden, damit das Pulver nicht sofort wieder aus dem Innenraum 4 des Hüllelementes 2 herausrieselt. Bevorzugt erfolgt die Herstellung der Kapillarstruktur 3 in einem vertikal orientierten Hüllelement 2, Bei horizontaler Befüllung des Hüllelementes 2 kann aber auch mit beidseitig offenen Hüllelementen 2 gearbeitet werden.

[0053] Nachdem das Hüllelement 2 in der gewünschten Länge mit dem Pulver gefüllt ist, werden die Partikel 5 des Pulvers untereinander und bevorzugt auch mit dem Hüllelement 2 verbunden.

Die Verbindung der Partikel 5 untereinander erfolgt thermisch. Die notwendige thermische Energie wird mit einem Induktor 14 erzeugt und induktiv in das Pulver von außen eingespeist. Dazu wird der Induktor 14 an und beabstandet zu einer Außenmantelfläche 15 des Hüllelementes 2 angeordnet. Zur Ausbildung der Kapillarstruktur 3 werden das Hüllelement 2 und der Induktor 14 relativ zueinander bewegt. Vorzugsweise wird der Induktor entlang des Hüllelementes 2 nach oben (oder nach unten, je nach Ausgangsstellung) bewegt. Insbesondere bei sehr langen Hüllelementen 2 kann auch das Hüllelement 2 durch den Induktor 14 bewegt werden. Die Relativbewegung kann aber auch in horizontaler Richtung durchgeführt werden.

[0054] Der Induktor 14 kann einen ringförmigen Querschnitt aufweisen. In Abhängigkeit der Querschnittsform des Hüllelementes 2 kann der Induktor 14 aber auch eine andere Querschnittsform aufweisen.

[0055] Aufgrund der Energieeinstrahlung in das Pulver werden die Partikel 5 des Pulvers miteinander verbunden. Je nach Zeitdauer und/oder Frequenz entsteht also eine mehr oder weniger dicke Schicht aus verbundenen Partikeln 5, die am Hüllelement 2 anliegt und bevorzugt mit diesem verbunden ist. Bei entsprechend langer Behandlung kann die Kapillarstruktur 3 also auch den gesamten Querschnitt ausfüllen. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Wärmerohres 1 wird die Kapillarstruktur 2 jedoch mit ringförmigem Querschnitt hergestellt, also beispielsweise hohlzylindrisch. Dazu wird also nur eine Randschicht aus miteinander verbundenen Partikel 5 hergestellt. Nach erfolgter Induktionsbehandlung des Pulvers wird das noch lose Pulver wieder aus dem Hüllelement 2 entfernt, wie dies in Fig. 4 im rechten Teil dargestellt ist. Dazu kann beispielsweise der Bodenverschluss des Hüllelementes 2 entfernt werden, sodass das lose Pulver aus dem Hüllelement 2 herausrieselt. Die im Hüllelement 2 verbleibende Randschicht bildet die Kapillarstruktur 3.

[0056] Die Wanddicke 6 der Kapillarstruktur 3 kann über die Prozessparameter eingestellt werden. Beispielsweise können folgende Prozessparameter verwendet werden:

[0057] Frequenz: 150 Hz - 400 Hz

[0058] Vorschubgeschwindigkeit des Induktors 14 oder des gefüllten Hüllelementes 2: 50 mm/min - 2500 mm/min

[0059] Umgebungstemperatur: 20 °C -50 °C [0060] Aktive Kühlung: z.b. mit einem Glycol/Wasser -Gemisch [0061] Drehzahl des Hüllelementes 2 um die eigene Achse: 100 U/min bis 400 U/min.

[0062] Es kann beispielsweise eine größere Wanddicke 6 der Kapillarstruktur 3 hergestellt werden, indem eine kleinere Vorschubgeschwindigkeit des Induktors 14 gewählt wird. Umgekehrt kann eine dünnere Wanddicke 6 mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten hergestellt werden.

[0063] Die Variation der Prozessparameter kann auch dazu verwendet werden, um die voranstehend genannte unterschiedlichen Wandstärken 6 innerhalb einer Kapillarstruktur 3 zu erzeugen. Beispielsweise führt eine langsamere Vorschubgeschwindigkeit des Induktors 14 zu dickeren Abschnitten und umgekehrt eine schnellere Vorschubgeschwindigkeit des Induktors 14 zu dünneren Abschnitten innerhalb der Kapillarstruktur 3. Es kann also beispielsweise durch eine Abfolge von langsameren und im Vergleich dazu schnelleren Vorschubgeschwindigkeiten eine Kapillarstruktur 3 mit einer Abfolge aus dünneren und im Vergleich dazu dickeren Wanddicken 6 hergestellt werden.

[0064] Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das mit der Kapillarstruktur 3 versehene Hüllelement 2 zusätzlich einem Sinterverfahren unterzogen wird. Dazu kann das mit der Kapillarstruktur 3 bestückte Hüllelement 2 in einem Sinterofen, beispielsweise einen Durchlaufofen, für eine bestimmte Zeit (z.B. zwischen 10 Minuten und 15 Stunden) einer erhöhten Temperatur (der Sintertemperatur) ausgesetzt werden. Diese Temperatur richtet sich dabei nach den eingesetzten metallischen Werkstoffen und kann zwischen 300 °C und 1.500 °C betragen. Da Sinterverfahren an sich bekannt sind, erübrigt sich eine weitere Erörterung an dieser Stelle.

[0065] Im Sinterofen kann eine Schutzgasatmosphäre oder reduzierende Atmosphäre vorherrschen, um eine Oxidation der Metalle zu vermeiden.

[0066] Gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird für die Herstellung der Kapillarstruktur 3 ein Pulver eingesetzt wird, das Partikel 5 aufweist, die einen Durchmesser zwischen 5 um und 1000 um aufweisen.

[0067] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass ein Hüllelement 2 eingesetzt wird, das an der der Kapillarstruktur 3 zugewandten Oberfläche mit einer Strukturierung versehen ist. Diese Oberflächenstrukturierung kann beispielsweise in Form von Längsrillen (in Richtung der Längsmittelachse 12) ausgebildet sein. Es können aber auch andere Oberflächenstrukturierungen vorgesehen werden. Mit dieser Oberflächenstrukturierung kann die gerichtete Strömung des flüssigen Arbeitsfluids begünstigt werden.

[0068] Nur der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass nach erfolgter Herstellung der Kapillarstruktur 3 wird das Wärmerohr 1 mit dem Arbeitsmedium gefüllt und flüssigkeitsdicht verschlossen.

[0069] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus das Wärmerohr 1 nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Wärmerohr

2 Hüllelement

3 Kapillarstruktur 4 Innenraum

5 Partikel

6 Wanddicke

7 Wanddicke

8 Innenmantelfläche 9 Durchmesser

10 Rille

11 Länge

12 Längsmittelachse 13 Abschnitt

14 Induktor

15 Außenmantelfläche

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres (1) umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines rohrförmigen Hüllelementes (2) mit einer Länge und einem Innenraum (4);

- Einfüllen eines Pulvers mit Partikeln (5) in das Hüllelement (2) zur Ausbildung einer im Querschnitt zumindest annähernd ringförmig ausgebildeten Kapillarstruktur (3) in dem Hüllelement (2);

- Verbinden der Partikel (5) des Pulvers miteinander,

dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Hüllelement (2) umschlossene Innenraum (4)

zumindest über einen Teilbereich der Länge des Hüllelementes (2) zur Gänze mit dem Pul-

ver gefüllt wird, dass danach die Verbindung der Partikel (5) des Pulvers miteinander und bevorzugt auch mit dem Hüllelement (2) in einer an dem Hüllelement (2) anliegenden Schicht mittels induktiver Wärmeerzeugung von außen durchgeführt wird, und dass danach das ge-

gebenenfalls überschüssige Pulver mit losen Partikeln (5) wieder aus dem Hüllelement (2)

entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Kapillarstruktur (3) versehene Hüllelement (2) einem Sinterverfahren unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Pulver herzustellende Kapillarstruktur (3) über die Länge der Kapillarstruktur (3) mit unterschiedlicher Wanddicke (6) hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Pulver versehene Hüllelement (2) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch einen Induktor (14) oder der Induktor (14) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang des mit dem Pulver versehenen Hüllelementes (2) bewegt wird und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen induktiv behandelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver eingesetzt wird, das Partikel (5) aufweist, die einen Durchmesser (9) zwischen 5 um und 1000 um aufweisen.

6. Wärmerohr (1) umfassend ein Hüllelement (2) und eine aus einem Pulver hergestellte Kapillarstruktur (3), die von dem Hüllelement (2) umgeben ist, und die im Querschnitt zumindest annähernd ringförmig ausgebildet ist und eine Wanddicke (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (3) an der Innenmantelfläche (8) eine Oberflächenrauigkeit aufweist, die zwischen 20 % und 500 % des mittleren Durchmessers der Partikel (5) des Pulvers beträgt.

7. Wärmerohr (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit ringförmigem Querschnitt ausgebildete Kapillarstruktur (3) eine Länge (11) aufweist, und über die Länge (11) die Wanddicke (6) der Kapillarstruktur (3) um maximal + 0,1 mm von Mittelwert der Wanddicke (6) abweicht.

8. Wärmerohr (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (6) der mit ringförmigem Querschnitt ausgebildeten Kapillarstruktur (3) zwischen 5 um und 0,1 mm beträgt.

9. Wärmerohr (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit ringförmigem Querschnitt ausgebildete Kapillarstruktur (3) eine Länge (11) aufweist, und über die Länge (11) eine sich verändernde Wanddicke (6) aufweist.

10. Wärmerohr (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur über seine Länge (11) und/oder über den Innenumfang des Kapillarstruktur abwechselnd dünne und im Vergleich dazu dickere Abschnitte (13) aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen