DE102012209052A1 - Verfahren zum Verschließen keramischer Wärmerohre - Google Patents

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Abstract

Das innovative Verfahren dient dem sicheren und dauerhaften Verschließen keramischer Wärmerohre, insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen, aber auch bei Anwendungen, bei denen die stofflichen Eigenschaften keramischer Werkstoffe benötigt werden. Bei dem Verfahren werden die Abdichtung des Wärmerohres und der Schutz dieser Abdichtung getrennt realisiert.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum sicheren und dauerhaften Verschließen keramischer Wärmerohre, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, aber auch Anwendungen, bei denen die stofflichen Eigenschaften keramischer Werkstoffe benötigt werden. Bei dem Verfahren werden die Abdichtung des Wärmerohres und der Schutz dieser Abdichtung getrennt realisiert.
  • Bei der Herstellung keramischer Wärmerohre (WR) oder Heatpipes stellt der zuverlässige und sichere Befüll- und Verschlussvorgang eine besondere Herausforderung dar. Eingeführte Vorgehensweisen des Befüllens mit anschließendem Quetschen und Fügen der Befüllöffnung sind mit spröden keramischen Werkstoffen nicht realisierbar. Zusätzlich zu den veränderten Anforderungen zum Verschließen der keramischen WR kommen sehr hohe Anforderungen an die Reinheit des Arbeitsmediums im Wärmerohr für eine optimale Leistungsübertragung hinzu. Dies schließt insbesondere auch Oxide von hochtemperaturgeeigneten Arbeitsmedien (Kalium, Natrium, usw.) ein. Es sind daher hohe Anforderungen beim Befüllen und Verschließen bezüglich der Inertisierung bzw. des aufgebauten Vakuums einzuhalten. Diese Anforderungen sowie Sicherheitserwägungen machen das Befüllen und Verschließen keramischer Wärmerohre zu einem sehr komplexen Vorgang. Bisher existieren keine einfach zu realisierenden Vorgehensweisen zum Befüllen und nachgeschalteten Verschließen keramischer WR.
  • Bisherige Veröffentlichungen zeigen keine zufriedenstellende und einfach zu realisierende Lösung der Verschlussproblematik. Die Einzelprozesse Befüllen und Verschließen von metallischen Wärmerohen, auch mit Arbeitsmedien für Hochtemperaturanwendungen, sind mit vertretbarem Aufwand beherrschbar und als Stand der Technik anzusehen. Ebenso ist das Fügen keramischer Halbzeuge und Bauteile mittels keramischer Lote oder Glaslote aus verschiedenen Veröffentlichungen (z.B. Merrigan, M., A.; Sandstrom, D., J.: Ceramic heat exchangers: Manufacturing techniques and performance. ASME Technical Report System for publication, 23.–25.3.1981, WESTEC Conference. Los Alamos Scientific Laboratory, NM.) und Patenten ( DE 10327708 B4 , DE 10 2007 018 262 A1 ) bekannt. Eine weitere vorgeschlagene Lösung sieht einen Vakuumstutzen vor, welcher mit einem Ventildeckel verschlossen wird. Dies ist jedoch als zu aufwändig und damit unwirtschaftlich anzusehen.
  • Insbesondere ist im Stand der Technik die Kombination der beiden Einzelschritte
    • – Befüllen des vollkeramischen Wärmerohres und
    • – Verschließen der keramischen Hüllstruktur
    technologisch nicht zufriedenstellend gelöst.
    • • Bekannte Lösungsansätze ( DE 10 2007 018 262 A1 ) setzen die Durchführung der beiden genannten Einzelschritte in einem Fertigungsschritt voraus. Dabei tritt unter Druck stehendes Arbeitsmedium während des Fügeprozesses unter Umständen durch den Fügebereich und verhindert einen zuverlässigen Verschluss. Wird für das keramische Fügen ein Laserlötprozess nach DE 10327708 B4 eingesetzt, ist es zweckmäßig, das das Bauteil während des Fügeprozess rotiert. Dies führt in der praktischen Durchführung bei der Handhabung des Wärmerohres unter Vakuum- bzw. Intertbedingungen aufgrund der hohen Temperaturen bei gleichzeitiger Handhabung des Fügeprozesses und austretendem dampfförmigen Arbeitsmedium zu großen Problemen.
    • • Die in der DE 20 2006 060 19 275 U1 vorgestellte Lösung für das Verschließen des Wärmerohres benötigt neben dem eigentlichen Keramikrohr zwei weitere keramische Bauteile, welche den Abschluss gegen die aggressive Atmosphäre sicherstellen müssen. Vorschläge für das Befüllen des Wärmerohres mit einem hochtemperaturgeeigneten Arbeitsmedium und die Durchführung werden nicht gemacht. Durch den gewählten Aufbau sind zwei Fügestellen zwischen keramischen Bauteilen herzustellen, wobei beide der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt sind. Vorkehrungen für einen sicheren Lötprozess und eine eindeutige Positionierung der Bauteile werden in der DE 20 2006 060 19 275 U1 nicht getroffen.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe ein Verfahren vorzuschlagen, das das sichere Verschließen von keramischen Wärmerohren ermöglicht, dabei jedoch wesentlich leichter und kostengünstiger zu handhaben ist, als bekannte Verfahren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart. Zentraler erfinderischer Gedanke des Verfahrens ist es, den Befüll- und den Verschlussvorgang getrennt und in mehreren nacheinander durchführbaren Fertigungsschritten auszuführen. Eine örtliche Trennung der durchzuführenden Arbeitsschritte ermöglicht vorteilhaft eine vereinfachte Handhabung des keramischen Wärmerohres. Dadurch wird wiederum eine definierte Positionierung der Einzelbauteile zueinander während des Verschlussvorganges erreicht, was eine sichere und dichte Verbindung der Teile ermöglicht.
  • Das Wärmerohr besteht bevorzugt aus einem keramischen Werkstoff, besonders bevorzugt aus Siliziumcarbid-Keramik (SiC-Keramik, Wärmeleitfähigkeit ca. 125 W/m·K bei Raumtemperatur). Prinzipiell geeignet sind auch andere Keramikarten, die die den Prozessanforderungen genügen und mit einer hinreichend hohen Wärmeleitfähigkeit ausgestattet sind. Der Rohling des Wärmerohres wird bevorzugt durch Extrudieren hergestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rohling an beiden Enden eine Öffnung auf, wobei eine Öffnung durch herkömmliche Methoden bspw. keramisches Fügen (bspw. Auflöten einer keramischen Kappe), verschlossen wird. Er weist daher an lediglich einem Ende eine Öffnung auf. In dieser Öffnung wird an der Innenseite, und an dieser umlaufend ein Absatz ausgebildet. Dies geschieht bevorzugt mit Verfahren nach dem Stand der Technik, wie Drehen, Fräsen oder anderen abtragenden Verfahren. Der Absatz ist dabei bevorzugt zwischen dem 0,2-fachen und 3-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem 0,5-fachen und 1,5-fachen und ganz besonders bevorzugt zwischen dem 0,75-fachen und 1,25-fachen des Außendurchmessers des Wärmerohres von der Öffnung entfernt. Der Absatz verringert die Wandstärke des Wärmerohres um ca. 15% bis 33% und reicht bevorzugt bis zur Öffnung des Wärmerohres. Die Breite des Absatzes richtet sich nach fügetechnischen Gesichtspunkten für anschließende sichere Fügeverbindungen, überschreitet aber bevorzugt nicht die 0,5-fache Wandstärke des Keramikrohrs.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein zweiter Absatz umlaufend an der Außenseite des Wärmerohres angebracht. Er liegt bevorzugt, zwischen dem 0,1-fachen und 1,5-fachen, besonders bevorzugt zwischen dem 0,1-fachen und dem 1,25-fachen und ganz besonders bevorzugt zwischen dem 0,15-fachen und 0,5-fachen der Wandstärke des Wärmerohres vom Ende des Wärmerohres entfernt, welches die Öffnung aufweist. Die Breite des Absatzes richtet sich nach fügetechnischen Gesichtspunkten für anschließende sichere Fügeverbindungen, überschreitet aber bevorzugt nicht die 0,5-fache Wandstärke des Keramikrohrs. Prinzipiell ist auch ein größerer Abstand von der Öffnung möglich, würde jedoch die Wandung des Wärmerohres unnötig schwächen. Grundsätzlich ist der innere Absatz weiter vom Ende des Wärmerohres entfernt, welches die Öffnung aufweist, als der äußere.
  • Auf den inneren Absatz wird ein Stutzen (4) aus hochtemperaturbeständigem metallischem Werkstoff aufgelötet. Der Stutzen besteht bevorzugt aus legiertem oder hochlegiertem Stahl, bzw. NiBa-Legierungen. Die Ausbildung der Wandstärke ist für den Stutzen nicht konstant und richtet sich nach der Dampfdruckkurve der eingesetzten Arbeitsmedien in Abhängigkeit vom Temperaturbereich und der damit verbundenen Druckentwicklung beim Befüll- bzw. Verschlussvorgang und den anschließenden Betriebsparametern. Der Stutzen weist eine röhrchenartige verlängerte Befüllöffnung, vorzugsweise in seiner Mitte, auf, welche eine deutlich geringere Wandstärke als der restliche Stutzenbereich aufweisen kann. Beim Auflöten kommt bevorzugt ein metallisches Höchsttemperaturlot zum Einsatz. Die Verarbeitung erfolgt z. B. mittels Laserstrahlerhitzung oder ähnlicher geeigneter Verfahren, richtet sich im Einzelnen jedoch nach den Verarbeitungsvorschriften, die für die Lote gelten.
  • Anschließend wird das Wärmerohr in ein inertisierbares und/oder evakuierbares und/oder beheizbarens Behältnis eingebracht. Hierbei handelt es sich um eine Bearbeitungskammer, wie sie aus der konventionellen Herstellung von Wärmerohren bekannt ist. In dieser Bearbeitungskammer wird das Wärmerohr durch die Befüllöffnung des metallischen Stutzens mit dem Arbeitsmedium befüllt. Bei dem Arbeitsmedium handelt es sich je nach beabsichtigtem Anwendungsbereich bspw. um die in 1 dargestellten Stoffe handeln.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Innenraum des Wärmerohrs mittels geeigneter chemischer und physikalischer Maßnahmen gereinigt. Dies erfolgt beispielsweise durch chemische Reinigung mit einer Reinigungsflüssigkeit (Lösungsmittel) oder physikalisch durch Erhitzen.
  • Das Arbeitsmedium wird nun in der Bearbeitungskammer bis zur Dampfbildung im unteren Teil des Wärmerohres erwärmt. Alternativ oder ergänzend wird ein äußeres Vakuum mit einem auf den Befüllvorgang angepassten Druck angelegt. Die genannten Maßnahmen führen zum teilweisen Verdampfen des Arbeitsmediums, so dass sich das gesamte innere Volumen des Wärmerohres mit Arbeitsmedium in flüssiger und dampfförmiger Phase ausfüllt. Vorteilhaft werden so Verunreinigungen der Atmosphäre im Wärmerohr oder an der Rohrwandung ausgetrieben. Das Temperatur- und Druckregime in diesem Arbeitsschritt ist wieder von dem eingesetzten Arbeitsmedium und den angestrebten späteren Einsatzbedingungen abhängig.
  • Bevorzugt unter Beibehaltung der eingestellten Temperatur- und Druckverhältnisse wird das metallische Ende des aufgelöteten, metallischen Stutzens, insbesondere das Befüllröhrchen, gequetscht. So wird ein Verschluss erreicht, der gasdicht ist und insbesondere den Austritt von Arbeitsmedium aus bzw. den Eintritt von Luft in das Wärmerohr verhindert. Optional wird das gequetschte Ende des Stutzens verlötet oder verschweißt. Letzteres kann vorteilhaft auch bereits außerhalb des inertisierten oder evakuierten Bearbeitungsraumes durchgeführt werden. Vorzugsweise verbleibt die Quetschvorrichtung am Stutzen, bis das Verlöten oder Verschweißen beendet ist und wird erst hinterher entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform verbleibt die Quetschvorrichtung wenigstens teilweise dauerhaft im Wärmerohr und wird nicht entfernt. Hierbei handelt es sich z. B. um einen metallischen Kragen, der beim Quetschvorgang um das Befüllröhrchen gelegt und gemeinsam mit diesem verformt wird. Durch den metallischen Kragen bleibt der Verschluss zuverlässiger.
  • Das Wärmerohr kann nunmehr der Befüllvorrichtung und dem Bearbeitungsraum entnommen werden.
  • Bei der Ausführungsform, die einen äußeren Absatz aufweist, wird nunmehr auf diesen eine keramische Schutzkappe aufgesetzt, die die obere Öffnung des Wärmerohres abdeckt und mit dem äußeren Absatz möglichst formideal abschließt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform, die keinen äußeren Absatz aufweist, wird der Sicherheitsverschluss mittels einer keramischen Schutzkappe (hier als Stopfen ausgebildet) realisiert, welche idealerweise in denselben inneren Absatz, wie der metallische Verschlussstutzen oder oberhalb von diesem eingebracht werden kann. In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform weist der Stopfen einen Bund auf, mit dem der Stopfen auf jenem Ende des Wärmerohres aufliegt, dessen Öffnung durch den Stopfen verschlossen wird.
  • Die keramische Schutzkappe wird in allen Ausführungsformen (mit und ohne äußeren Absatz), abhängig vom geplanten Einsatzzweck, mittels eines metallischen Fügewerkstoffs (für neutrale Atmosphäre) oder eines keramischen Fügewerkstoffs (für aggressive Atmosphäre) auf dem äußeren bzw. dem inneren Absatz oder dem Ende des Wärmerohres (je nach Ausführungsform) befestigt. Der Fügewerkstoff wirkt als Lot und wird mit einem geeigneten Verfahren zum Hochtemperaturlöten keramischer Werkstoffe (bspw. Laserlöten nach DE 10327708 B4 ) verarbeitet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Aufsetzen der keramischen Schutzkappe der Hohlraum zwischen keramischer Schutzkappe und metallischem Stutzen wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig mit einer oxidierfähigen hochtemperaturbeständigen Wärmedämmschicht angefüllt. Diese Wärmedämmschicht hat zum einen die Aufgabe, den metallischen Stutzten sowohl soweit als möglich vor dem Temperatureinfluss des Keramikfügeprozesses zu schützen, als auch im Zwischenraum verbliebenen Sauerstoff zu binden. Das Ende des Wärmerohres ist dadurch vom metallischen Stutzen, bis bevorzugt zu seiner Öffnung mit der oxidierfähigen hochtemperaturbeständigen Wärmedämmschicht angefüllt. Bei der oxidierfähigen hochtemperaturbeständigen Wärmedämmschicht handelt es sich bevorzugt um einen Al2O3-Zylinder mit Al-Beschichtung, die mit dem Restsauerstoff reagiert und diesen bindet.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, das keramische Fügen zeitlich und örtlich unter sicherer Handhabung des befüllten Wärmerohres vom eigentlichen Befüllvorgang zu trennen. Beide Fertigungsschritte sind damit besser steuerbar und die Ergebnisse direkt überprüfbar. Ein Zwischenfunktionstest des Wärmerohres wird vorteilhaft zusätzlich ermöglicht.
  • Besonders vorteilhaft wird ein direkter Kontakt zwischen dem Lot des Deckels, das Keramik mit Keramik verbindet, und dem Arbeitsmedium des Wärmerohres vermieden, um Korrosionserscheinungen an der Innenseite der keramischen Fügestelle zu unterbinden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle keramischen Wärmerohre geeignet, die den beschriebenen Bearbeitungsmethoden zugänglich sind. Insbesondere ist das Verfahren sowohl für Wärmerohre mit oder ohne innere Kapillar- bzw. sonstige transportfördernde Strukturen geeignet.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wärmerohre sind besonders für Hochtemperaturanwendungen geeignet, wie sie in industriellen und kraftwerkstechnischen Prozessen, wie Hochofenprozessen, bei der Zement- oder Glasherstellung bzw. in fossilen ober biomassegefeuerten Kraftwerksprozessen, auftreten.
  • Für industrielle Anwendungen können hochtemperatur- bzw. korrosionsbeständige keramische Wärmerohre in Wärmeverschiebesysteme eingesetzt werden. Dabei ist neben dem Hochtemperaturbereich auch die Anwendung keramischer Wärmerohre im Nieder- und Mitteltemperaturbereich bei korrosivem Angriff durch Atmosphärenbestandteile, wie Alkalien oder HCl möglich. Ein weiterer Anwendungsbereich keramischer Wärmerohre sind Prozesse, bei welchen es zur Erfüllung der Funktionalität auf die elektrische Isolierfähigkeit bei gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit ankommt. Somit ist der Temperaturbereich für den Einsatz der Erfindung zwischen Raumtemperatur und ca. 1400 °C zu sehen. Dabei ist es zweckmäßig, die Fügestelle auf der kalten Seite des Wärmerohres zu platzieren.
  • Für industrielle Anwendungen in Stahlwerken oder auch in Kraftwerksprozessen sind die Abmessungen durch die technische Verfügbarkeit der keramischen Halbzeuge begrenzt. Gesamtlängen von mindestens 6 m sind denkbar. Dabei wird sich der Durchmesser im Bereich zwischen 0,02 m und 0,07 m bewegen. Die Wandstärken ergeben sich in Abhängigkeit der Festigkeitswerte der eingesetzten Werkstoffe und sind im Bereich zwischen 2 mm und 10 mm anzusiedeln.
  • Während der Außendruck vom betrachteten Prozess abhängt, wird der Innendruck im Wärmerohr vom verwendeten Arbeitsmedium und damit von der Dampfdruckkurve des jeweiligen Mediums bestimmt. Dadurch stellt sich der Innendruck in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur ein.
  • Ausführungsbeispiel
  • Für eine Anwendung in einem Hochofenprozess wird ein Wärmeübertrager mit 670 keramischen Wärmerohren eingesetzt, um Abwärme zur weiteren Vorwärmung von Luft, welche bereits mit 500 °C zur Verfügung steht, zu nutzen. Die Temperatur des Rauchgases beträgt am Wärmeübertragereintritt auf der heißen Seite 1200° C. Als Arbeitsmedium wird Natrium eingesetzt.
  • Die Wärmerohre haben eine Länge von 4 m und einen Außendurchmesser von 50 mm, bei einer Wandstärke von 10 mm. Jedes Wärmerohr besteht aus SiC (Siliziumkarbid). Der innere Absatz jedes Wärmerohres wird mit einem Abstand von 50 mm unterhalb des die Befüllöffnung aufweisenden Endes mit einer Tiefe von 3 mm in die Wandung gefräst. Ein äußerer Absatz wird nicht vorgesehen. Auf den inneren Absatz wird ein Stutzen aus einer hochwarmfesten Metalllegierung mit einer Dicke von 6 mm aufgelötet. Der Stutzen weist mittig eine Öffnung mit einem Befüllröhrchen auf. Das Befüllröhrchen hat einen Außendurchmesser von 5 mm bei einer Wandstärke von 1,5 mm. Das Befüllröhrchen erstreckt sich mit einer Länge von 3 mm vom Stutzen in Richtung der Öffnung des Wärmerohres. Der Stutzen wird mit einem metallischen Hochtermperaturlot (z.B. nach DIN EN ISO 17672:2010-11) mittels einer geeigneten Lötvorrichtung auf dem Absatz aufgelötet.
  • Anschließend wird das so vorbereitete keramische Rohr in eine auf 600 °C aufheizbare und auf 1 mbar evakuierbare Kammer eingebracht und ausgeheizt. Anschließend erfolgt die Befüllung des Wärmerohrs mit dem flüssigen Arbeitsmedium in der Befüllvorrichtung durch das Befüllröhrchen. Nach Einbringen einer Menge Natrium, welche das Volumen der Verdampferzone zu 34 % ausfüllt, wird die Temperatur der Befülleinrichtung weiter erhöht, bis durch Ausdampfen des Arbeitsmediums noch 33 % des Verdampfervolumens verbleiben. Anschließend wird das Befüllröhrchen mit der Verschließeinrichtung, welche einen ausreichenden Verformungsdruck aufbringt, gequetscht. Nach der Entnahme des befüllten Wärmerohrs aus der Befülleinrichtung wird die verbleibende Öffnung des Befüllröhrchens mittels eines Schweißverfahrens (WIG) verschlossen.
  • Im darauf folgenden Arbeitsschritt erfolgt das Aufsetzen des Verschlusses, der ebenfalls aus einer SiC-Keramik besteht, und eine Dicke von 30 mm und einen Durchmesser von 50 mm hat. Auf einer Stirnseite des Verschlusses ist umlaufend um den Verschluss ein Absatz von 3 mm × 3 mm abgedreht. Nach Vorbereitung der Fügestellen wird das keramische, bzw. bei nicht aggressiven Atmosphären, das metallische Lot, auf die Fügefläche auf der Seite des Wärmerohres aufgebracht und der Verschluss auf das Rohr gesetzt. Anschließend wird die Fügezone mittels eines Laserlötprozesses auf die jeweilige Verarbeitungstemperatur gebracht.
  • Figuren
  • 1 zeigt, in welchen Temperaturbereichen Arbeitsmedien für Wärmerohre nach dem Stand der Technik eingesetzt werden (Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.): VDI Wärmeatlas, 10. Auflage. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006. ISBN 3540255036)
  • 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Wärmerohr (1), das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verschlossen wurde. Das Wärmerohr (1) weist einen inneren Absatz (2) sowie einen äußeren Absatz (3) auf. Auf dem inneren Absatz (2) ist mit einer Lotverbindung (5) der Stutzen (4) befestigt. Nach dem Befüllen des Wärmerohres durch die Befüllöffnung (6) wurde diese mittels der Quetschung (7) verschlossen. Anschließend wurde die Befüllöffnung (6) oberhalb der Quetschung (7) verlötet bzw. verschweißt (8). Vor dem Aufsetzen der keramischen Schutzkappe (9) wurde der Freiraum zwischen dem Stutzen (4) und der Schutzkappe (9) mit der oxidierfähigen hochtemperaturbeständigen Wärmedämmschicht (11) ausgefüllt. Nach dem Aufsetzen der keramischen Schutzkappe (9) auf den äußeren Absatz (3) wird diese mittels der Lotverbindung (10, 10b) verschlossen.
  • 3 unterscheidet sich von 2 dadurch, dass hier die keramische Schutzkappe (12) als Stopfen ausgebildet ist. Der äußere Absatz entfällt daher. Die Schutzkappe (12) weist einen Bund (13) auf, mit dem die Schutzkappe (12) auf dem Ende des Wärmerohres mittels der Lotverbindung (10a, 10b) befestigt ist. Die Schutzkappe (12) ist so ausgebildet, dass sie formideal in die Öffnung des Wärmerohres (1) hineinpasst.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Wandung des Wärmerohres
    2
    innerer Absatz
    3
    äußerer Absatz
    5
    metallischer Stutzen
    5
    metallisches Lot zur Befestigung des Stutzens
    6
    Befüllöffnung des Stutzens
    7
    Quetschung der Befüllöffnung
    8
    Verlötung/Schweißung der Befüllöffnung
    9
    keramische Schutzkappe
    10a, 10b
    Glaslot zur Befestigung der keramischen Schutzkappe
    11
    oxidierfähige hochtemperaturbeständige Wärmedämmschicht
    12
    keramische Schutzkappe als Stopfen ausgebildet
    13
    Bund der keramischen Schutzkappe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10327708 B4 [0003, 0004, 0018]
    • DE 102007018262 A1 [0003, 0004]
    • DE 20200606019275 U1 [0004, 0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Merrigan, M., A.; Sandstrom, D., J.: Ceramic heat exchangers: Manufacturing techniques and performance. ASME Technical Report System for publication, 23.–25.3.1981, WESTEC Conference. Los Alamos Scientific Laboratory, NM. [0003]
    • DIN EN ISO 17672:2010-11 [0028]
    • Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.): VDI Wärmeatlas, 10. Auflage. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006. ISBN 3540255036 [0031]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Verschluss eines keramischen Wärmerohres mit einer einseitigen Öffnung, aufweisend mindestens die folgenden Schritte: a) Ausbilden eines umlaufenden Absatzes an der Innenwandung des Wärmerohres sowie Ausbilden eines umlaufenden Absatzes an der Außenwandung des Wärmerohres, wobei beide Absätze benachbart zur Öffnung des Wärmerohres sind, b) Einbringen eines metallischen Stutzens mit einer verlängerten Befüllöffnung in Form eines Röhrchens auf den Absatz an der Innenwandung und Fixieren des Stutzens, c) Befüllen des Wärmerohres mit dem Arbeitsmedium durch die Befüllöffnung des Stutzens, d) Hervorrufen einer Dampfbildung des Arbeitsmediums im unteren Teil des Wärmerohres, e) Zusammenquetschen der röhrchenartigen verlängerten Befüllöffnung des metallischen Stutzens, f) Aufsetzen einer keramischen Schutzkappe auf den Absatz an der Außenseite des Wärmerohres oder eines Stopfens auf den inneren Absatz, g) Fixieren der keramischen Schutzkappe oder des Stopfens.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Absatz weiter vom Ende des Wärmerohres entfernt ist, welches die Öffnung aufweist, als der äußere.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen durch Auflöten mit einem metallischen oder keramischen Hochtemperaturlot fixiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen in einer inertisierbaren und/oder evakuierbaren und/oder beheizbaren Bearbeitungskammer, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfbildung in der Bearbeitungskammer durch Erwärmen und/oder durch Evakuieren erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfbildung das gesamte Volumen des Wärmerohres mit Arbeitsmediumdampf füllt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenquetschen der röhrchenartigen verlängerten Befüllöffnung des metallischen Stutzens in der Bearbeitungskammer unter Beibehaltung der Druck- und Temperaturverhältnisse, die für die Dampfbildung gewählt wurden, erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zusammenquetschen eine Quetschvorrichtung genutzt wird, die wenigstens teilweise dauerhaft im Wärmerohr verbleibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr nach Schritt d) aus der Bearbeitungskammer entnommen wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Schutzkappe formideal auf die Öffnung des Wärmerohres und den äußeren Absatz angepasst wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Verschluss, in Form einer Schutzkappe oder eines Stopfens mittels eines metallischen oder keramischen Fügewerkstoffs auf dem äußeren bzw. inneren Absatz und der Öffnung des Wärmerohres befestigt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt f) der Raum zwischen dem metallischen Stutzen und der Öffnung des Wärmerohres teilweise oder vollständig mit einer oxidierfähigen hochtemperaturbeständigen Wärmedämmschicht angefüllt wird.
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