DE102006039605A1 - Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauscher durch Ultraschallschweißen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauscher durch Ultraschallschweißen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauschern durch Ultraschallschweißen, das folgende Schritte enthält: (A) Mindestens ein Teil einer Oberfläche einer Kapillarstruktur (31) wird durch das Ultraschallschweißen mit einer oberen Planplatte (33) oder einer unteren Planplatte (34) verbunden, zwischen denen die Kapillarstruktur (31) liegt, und (B) die Planplatten (33, 34) werden geschlossen, damit die Kapillarstruktur (31) in diesen verschlossen ist. Dadurch wird die Verbindungsfestigkeit erhöht, so dass die Kühlwirkung verbessert wird. Zudem wird die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt. Leitfigur: Figur (3) Leitbezugszeichen: 21-25 Schritt

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauscher durch Ultraschallschweißen.
  • Stand der Technik
  • Die Betriebswärme der elektronischen Bauelemente muss abgeführt werden, um eine Beschädigung der elektronischen Bauelemente durch diese Abwärme zu vermeiden. Zum Kühlen der elektronischen Bauelemente können Kühlrippen, Kühlventilator und Wärmeaustauschrohr verwendet werden.
  • Da die tragbaren elektronischen Geräte, wie Notebook, immer kleiner sind, sind die herkömmlichen Kühlvorrichtungen nicht mehr verwendbar.
  • Daher wurde das Flachrohr-Wärmetauscher entwickelt, der für die tragbaren elektronischen Geräte geeignet sind. Der Flachrohr-Wärmetauscher verwendet ein Arbeitsmedium. Durch die Phasenänderung des Arbeitsmediums kann die Wärme ausgetauscht werden.
  • 1 und 2 zeigen einen herkömmlichen Flachrohr-Wärmetauscher, der aus zwei Planplatten 11 und zwei dazwischen liegenden Kapillarstrukturen 12 besteht. Zwischen den beiden Kapillarstrukturen 12 ist ein Stützelement 13 vorgesehen.
  • Da die obengenannten Bauteile durch Wärme verformt werden können und die Kühlwirkung somit reduziert wird, werden sie durch wärme miteinander verbunden.
  • Bei der Verbindung müssen die Bauteile genau positioniert und mit Wärme für eine Zeitdauer von 8 bis 9 Stunden behandelt werden.
  • Die Positionierung wird erschwert, wenn mehrere Schichten von Kapillarstrukturen verwendet werden.
  • Die Kapillarstruktur ist üblicherweise durch ein Kupferdrahtnetz gebildet, das an der Stelle der Wärmequelle (wie Zentraleinheit) eine kleinere Maschengröße aufweist. Die Maschengröße des restlichen Bereiches des Kupferdrahtnetzes ist größer, damit das Arbeitsmedium fließbar bleibt. Die Kühlwirkung wird auch durch die Positionierung des Kupferdrahtnetzes beeinflußt.
  • Zudem wird die Kühlwirkung auch reduziert, wenn die Verbindungsstelle nicht plan ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauscher durch Ultraschallschweißen zu schaffen, das die Verbindungsfestigkeit erhöhen und die Bearbeitungszeit verkürzen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauscher durch Ultraschall schweißen gelöst, das folgende Schritte enthält:
    • (A) Mindestens ein Teil einer Oberfläche einer Kapillarstruktur wird durch das Ultraschallschweißen mit einer oberen Planplatte oder einer unteren Planplatte verbunden, zwischen denen die Kapillarstruktur liegt, und
    • (B) die Planplatten werden geschlossen, damit die Kapillarstruktur in diesen verschlossen ist.
  • Erfindungsgemäß wird zwischen die Planplatten ein Stützelement gebracht, das mit der Kapillarstruktur in Kontakt steht.
  • Die Ränder der Planplatten werden durch das Ultraschallschweißen miteinander verbunden.
  • Die Kapillarstruktur enthält mindestens zwei Schichten, die durch das Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 eine Explosionsdarstellung der herkömmlichen Lösung,
  • 2 eine Schnittdarstellung der herkömmlichen Lösung,
  • 3 ein Ablaufdiagramm der Erfindung,
  • 4 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Kapillarstruktur zusammengefaltet wird und das Stützelement umschließt,
  • 5 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Kapillarstruktur mehrere Schichten enthält,
  • 6 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei das Stützelement in die Kapillarstruktur geschoben wird,
  • 7 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Kapillarstruktur durch das Punktschweißen mit dem Stützelement verbunden ist,
  • 8 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Kapillarstruktur durch das Rollenschweißen mit dem Stützelement verbunden ist,
  • 9 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Kapillarstruktur und das Stützelement durch das Punktschweißen mit der unteren Planplatte verbunden sind,
  • 10 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die obere und untere Planplatte durch das Punktschweißen mit einer Vertiefung versehen sind,
  • 11 eine Schnittdarstellung der Erfindung, wobei die Ränder der oberen und unteren Planplatte durch das Rollenschweißen miteinander verbunden sind.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
  • Die gleichen Bauteile werden mit der gleichen Bezugsnummer bezeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren enthält folgende Schritte:
    Zunächst, wie es in 3 dargestellt ist, wird im Schritt 21 eine Kapillarstruktur 31 von einem Stützelement 32 gehalten.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, wird die scheibenförmige Kapillarstruktur 31 zusammengefaltet und umschließt das Stützelement 32, wobei die Kapillarstruktur 31 mit der oberen und unteren Oberfläche des Stützelementes 32 in Kontakt steht. Dadurch kann die wärme auf der Oberseite 311 der Kapillarstruktur 31 durch den Mittelbereich 312 auf die Unterseite 313 geleitet werden.
  • Die Kapillarstruktur 31 kann die Wärme absorbieren und diese auf das Arbeitsmedium leiten, von dem die Kapillarstruktur 31 benetzt wird, wodurch das Arbeitsmedium verdampft wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kapillarstruktur 31 durch ein Kupferdrahtnetz gebildet.
  • Wie aus 5 ersichtlich ist, kann die Kapillarstruktur 31 mehrschichtig ausgbildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Kapillarstruktur 31 zwei Schichten Kupferdrahtnetze 314, 315, die unterschiedliche Maschengröße besitzen, wobei das Kupferdrahtnetz mit kleinerer Maschengröße auf dem Wärmeerzeuger (wie Zentraleinheit) aufliegt, damit die Verdampfungsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums erhöht wird. Durch das Kupferdrahtnetz mit größerer Maschengröße kann das Arbeitsmedium fließbar gehalten werden.
  • Das Stützelement 32 dient zur Erzeugung eines Zwischenraums 321, in dem das Arbeitsmedium fließen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 32 durch ein Kupferdrahtnetz mit größerer Maschengröße gebildet, die größer ist als die Maschengröße der Kapillarstruktur 31.
  • Wie aus 6 ersichtlich ist, wird das Stützelement 32 in die Kapillarstruktur 31 geschoben, wodurch die Wärme auf der Oberseite 311 der Kapillarstruktur 31 durch den Mittelbereich 312 auf die Unterseite 313 geleitet werden kann.
  • Die Positionierung der Kapillarstruktur 31 und des Stützelementes 32 ist jedoch nicht auf die Darstellung in den 4 und 6 beschränkt. Die Schichtzahl und die Form der Kapillarstruktur 31 und des Stützelementes 32 kann beliebig gewählt werden. Die Kapillarstruktur 31 kann auch nur mit einem Teil einer Oberfläche des Stützelementes 32 in Kontakt stehen.
  • Anschließend werden im Schritt 32 gemäß 3 die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 durch das Ultraschalschweißen miteinander verbunden, wie es in den 7 und 8 dargestellt ist.
  • Die beiden Schichten 314, 315 der Kapillarstruktur 31 können auch durch das Ultraschalschweißen miteinander verbunden werden.
  • 7 zeigt das Punktschweißen. Der Schweißkopf 41 bildet auf der Unterseite eine obere Zahnform 42 und der Träger 43 bildet auf der Oberseite eine untere Zahnform 44. Beim Schweißen werden zunächst die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 zwischen die obere und untere Zahnform 42, 44 gebracht. Anschließend wird die obere Zahnform 42 nach unten gedrückt, wodurch die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 zwischen der oberen und unteren Zahnform 42, 44 geklemmt werden. Durch eine Ultraschallfrequenz werden der Schweißkopf 41 und somit die obere Zahnform 42 in eine horizontale Schwingung versetzt, so dass die Oberflächen der Kapillarstruktur 31 und des Stützelementes 32 durch die Reibung verschmolzen und somit miteinander verbunden werden.
  • 8 zeigt das Rollenschweißen. Die obere Rolle 45 bildet an der Außenseite eine obere Zahnform 46 und die untere Rolle 47 bildet an der Außenseite eine untere Zahnform 48. Beim Schweißen werden zunächst die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 zwischen die obere und untere Zahnform 46, 48 gebracht. Anschließend wird die obere Zahnform 46 nach unten gedrückt, wodurch die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 zwischen der oberen und unteren Zahnform 46, 48 geklemmt werden. Durch eine Ultraschallfrequenz werden die obere Rolle 45 und somit die obere Zahnform 46 in eine horizontale Schwingung versetzt, so dass die Oberflächen der Kapillarstruktur 31 und des Stützelementes 32 durch die Reibung verschmolzen und somit miteinander verbunden werden. Die obere und untere Rolle 45, 47 werden in der entgegensetzten Richtung gedreht, wodurch die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 kontinuierlich geschweißt werden.
  • Sowohl durch das Punktschweißen als auch durch das Rollenschweißen können die Oberflächen der Kapillarstruktur 31 und des Stützelementes 32 durch die Reibung verschmolzen und miteinander verbunden werden. Durch die Reibung kann die Oxidschicht auf der Oberfläche auch entfernt werden, so dass die Verbindungsfestigkeit erhöht wird. Das Ultraschallschweißen dauert nur ca. 30 Minuten.
  • Ferner können die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 nach dem Ultraschallschweißen gereinigt werden.
  • Bei der herkömmlichen Lösung werden die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 vor der Verbindung gereinigt, um einen Eintritt von Fremdkörpern in das Wärmetauscher zu vermeiden. Die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 können jedoch bei der Positionierung auch verschmutzt werden.
  • Bei der Erfindung können die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 nach dem Ultraschallschweißen gereinigt werden, so dass eine sekundäre Verschmutzung vermieden werden kann.
  • Danach werden im Schritt 23, wie es in den 3 und 9 dargestellt ist, die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32, die durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind, ebenfalls durch Ultraschallschweißen auf der unteren Planplatte 34 befestigt. Da die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 bereits miteinander verbunden sind, können sie direkt mit der unteren Planplatte 34 verbunden werden, ohne eine Positionierung durchzuführen.
  • Im Schritt 24, wie es in den 3 und 10 dargestellt ist, wird die untere Planplatte 34 gegenüber der oberen Planplatte 33 positioniert und durch das Punktschweißen an der Stelle der Wärmequelle (Kontaktstelle mit der Zentraleinheit) mindestens eine Vertiefung in 10 erzeugt, wodurch die obere Planplatte 33, die Kapillarstruktur 31, das Stützelement 32 und die untere Planplatte 34 miteinander verbunden sind und nicht gegenübereinander bewegt wer den können. Zudem kann eine Verformung im Bereich der Warmequelle vermieden werden.
  • Schließlich im Schritt 25, wie es in den 3 und 11 ersichtlich ist, werden die Ränder der oberen und unteren Planplatte 33, 34 durch das Rollenschweißen miteinander verbunden, wodurch die Kapillarstruktur 31 und das Stützelement 32 in diesen verschlossen sind.
  • Es ist auch möglich, durch die Gasphasendeposition auf den Rändern der oberen und/oder unteren Planplatte 33, 34 eine Verbindungsschicht aus Metall abzuscheiden, die erwärmt wird, wodurch die Ränder der oberen und unteren Planplatte 33, 34 miteinander verbunden sind. Die obere und untere Planplatte 33, 34 können aus Kupfer oder Aluminium hergestellt werden. Die Verbindungsschicht kann eine Legierung von Zinn, Silber und Kupfer sein. Die Verbindungsschicht kann auch eine Legierung von Zinn und Blei sein. Die Verbindungsschicht kann ferner eine Legierung von Zinn und Bismuth sein.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, das die Erfindung die Kapillarstruktur 31, das Stützelement 32, die obere und untere Planplatte 33, 34 durch das Ultraschallschweißen miteinander verbindet, wodurch die Verbindungsfestigkeit erhöht wird, so dass die Kühlwirkung verbessert wird. Zudem wird die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt.
  • Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung. Bezugszeichenliste
    21-25 Schritt
    31 Kapillarstruktur
    311 Oberseite
    312 Mittelbereich
    313 Unterseite
    314 Schicht
    32 Stützelement
    321 Zwischenraum
    33 obere Planplatte
    34 untere Planplatte
    35 Vertiefung
    41 Schweißkopf
    42 obere Zahnform
    43 Trägerplatte
    44 untere Zahnform
    45 obere Rolle
    46 obere Zahnform
    47 untere Rolle
    48 untere Zahnform

Claims (21)

  1. Verfahren zum Herstellen von Flachrohr-Wärmetauscher durch Ultraschallschweißen, das folgende Schritte enthält: (A) Mindestens ein Teil einer Oberfläche einer Kapillarstruktur (31) wird durch das Ultraschallschweißen mit einer oberen Planplatte (33) oder einer unteren Planplatte (34) verbunden, zwischen denen die Kapillarstruktur (31) liegt, und (B) die Planplatten (33, 34) werden geschlossen, damit die Kapillarstruktur (31) in diesen verschlossen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) das Ultraschallschweißen ein Punktschweißen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) zwischen die Planplatten (33, 34) ein Stützelement (33) gebracht wird, das mit der Kapillarstruktur (31) in Kontakt steht.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) die Kapillarstruktur (31) scheibenförmig ist und zusammengefaltet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) die Kapillarstruktur (31) das Stützelement (32) umzuschließt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) mindestens ein Teil der Kapillarstruktur (31) mit dem Stützelement (32) verbunden ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) mindestens ein Teil der Kapillarstruktur (31) durch das Ultraschallschweißen mit dem Stützelement (32) verbunden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (A) das Ultraschallschweißen ein Punktschweien oder Rollenschweißen ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (B) die Ränder der Planplatten (33, 34) durch das Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (B) die Ränder der Planplatten (33, 34) durch das Rollenschweißen miteinander verbunden sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (B) durch die Gasphasendeposition auf den Rändern der oberen und/oder unteren Planplatte (33, 34) eine Verbindungsschicht aus Metall abgeschieden wird, die erwärmt wird, wodurch die Ränder der oberen und unteren Planplatte (33, 34) miteinander verbunden sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (32) durch ein Drahtnetz gebildet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtnetz ein Kupferdrahtnetz ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (31) durch ein Drahtnetz gebildet ist, wobei die Maschengröße des Stützelementes (32) größer ist als die der Kapillarstruktur (31).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtnetz ein Kupferdrahtnetz ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planplatten (33, 34) aus Metall hergestellt sind.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Planplatten (33, 34) Aluminium oder Kupfer ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (31) mindestens zwei Schichten (314, 315) enthält.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (314, 315) jeweils durch ein Drahtnetz gebildet sind.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtnetz ein Kupferdrahtnetz ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (314, 315) durch das Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009055177A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-30 Caradon Stelrad B.V. Verfahren zur Herstellung eines Heizkörpers unter Verwendung eines Ultraschallschweißens sowie danach hergestellter Heizkörper

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DE102009055177A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-30 Caradon Stelrad B.V. Verfahren zur Herstellung eines Heizkörpers unter Verwendung eines Ultraschallschweißens sowie danach hergestellter Heizkörper

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