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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Wärmerohren (Heat Pipe), und bezieht sich insbesondere auf eine Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr, die durch eine Reihe von Extrusions-Schritten oder Press-Umformschritten hergestellt wird.
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Stand der Technik
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Ein Wärmerohr ist ein geschlossenes Verdampfungs-Kondensationssystem, bestehend aus einem abgedichteten Hohlrohr, dessen Innenwände mit einer Kapillarstruktur oder einem Dochtgebilde ausgekleidet sind. Es kombiniert die Effekte einer Wärmeleitfähigkeit und eines Phasenübergangs miteinander, um die Ableitung von Wärme zwischen zwei Festkörper-Grenzflächen effizient zu steuern. Herkömmliche Wärmerohre bestehen aus Kupfer. Aufgrund der Materialeigenschaften neigt der Kupferkörper eines Wärmerohrs dazu, in der Gießform in einer Umgebung mit hohen Temperaturen zu platzen, was auch für einen Messingkörper in einer Umgebung mit hohen Temperaturen bei einem Druckguß-Verfahren gilt.
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Ein Aluminiumrohr kann um ein Wärmerohr gepackt oder gewickelt werden, um insgesamt die Stabilität zu erhöhen, was ein Platzen in einer Umgebung mit hohen Temperaturen zu vermeiden hilft. Das
Taiwanesische Patent M345223 offenbart ein ummanteltes flaches Wärmerohr, das ein flaches Wärmerohr und eine flache Hülse aufweist, die um das flache Wärmerohr derart gepackt oder gewickelt ist, dass das Ende mit dem Verdampfer des flachen Wärmerohrs zur Außenseite der flachen Hülle hin freiliegt.
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Nach dem Verfahren zur Herstellung eines in ein „Metall eingepackten Wärmerohrs“, das in dem
Taiwanesischen Patent I429489 offenbart wird, wird ein Wärmerohr in ein hohles Metallrohr (aus Aluminium) eingesetzt und dann das hohle Metallrohr in seiner Länge gestreckt, wodurch sein Durchmesser verringert wird, und auf diese Weise wird das hohle Metallrohr eng anliegend um das Wärmerohr gepackt, wodurch ein in einen Metallmantel gepacktes Wärmerohr ausgebildet wird.
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Nach dem Design von
I429489 wird das hohle Metallrohr in seiner Länge gestreckt, wodurch sein Durchmesser verringert wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt, um die beiden entgegengesetzten offenen Enden des hohlen Metallrohr zu verschließen, um das Wärmerohr vollständig in dem hohlen Metallrohr zu verpacken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr bereitzustellen, die einfacher, zuverlässiger und mit höherer Festigkeit hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr nach Anspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmerohr in ein hohles Aluminiumrohr eingesetzt, um ein Ausgangsgebilde mit einem Spalt zwischen dem Wärmerohr und dem hohlen Aluminiumrohr zu erhalten, und wird das Ausgangsgebildes aus dem Wärmerohr und dem hohlen Aluminiumrohr durch eine Reihe von Extrusions-Schritten oder Press-Umformschritten mittels oberer und unterer Pressstempel sowie linker und rechter Querschnitts-Beschränkungsstempel, die einander jeweils gegenüberliegen, weiter verarbeitet, um den Spalt zwischen dem hohlen Aluminiumrohr und dem Wärmerohr zu verkleinern, bis das hohle Aluminiumrohr und das Wärmerohr schließlich in Umfangsrichtung fest miteinander verpresst sind und die beiden entgegengesetzten offenen Enden des hohlen Aluminiumrohrs vollständig geschlossen sind
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Somit kann erfindungsgemäß die Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr ohne einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt hergestellt werden, was insbesondere das Herstellungsverfahren vereinfacht und die Herstellungskosten verringert.
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Figurenübersicht
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1 ist eine Explosionsansicht eines Aluminium-Hohlrohrs und eines Wärmerohr gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine schematische Zeichnung, die die erfindungsgemäße Anordnung der einander gegenüberliegenden oberen und unteren Pressstempel und der einander gegenüberliegenden linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel zeigt, die jeweils an einander gegenüberliegenden oberen und unteren Formen befestigt sind.
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3 ist eine Schnittansicht der Anordnung gemäß der 2.
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4 ist eine Längsschnittansicht, die zeigt, wie erfindungsgemäß das Wärmerohr in das hohle Aluminiumrohr eingesetzt wird.
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5 ist eine Schnittansicht der Anordnung gemäß der 4.
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6 ist eine schematische Darstellung, die das Ausgangsgebilde aus dem Wärmerohr und dem hohlen Aluminiumrohr nach einem ersten Prozessschritt mittels eines ersten Strangpressschritts oder Press-Umformschritts zeigt.
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7 ist eine schematische Darstellung, die das weiter verarbeitete Gebilde aus dem Wärmerohr und dem hohlen Aluminiumrohr nach einem zweiten Prozessschritt mittels eines zweiten Strangpressschritts oder Press-Umformschritts zeigt.
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8 ist eine schematische Darstellung, die das weiter verarbeitete Gebilde aus dem Wärmerohr und dem hohlen Aluminiumrohr nach einem dritten Prozessschritt mittels eines dritten Strangpressschritts oder Press-Umformschritts zeigt.
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9 ist eine perspektivische Ansicht der Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Anhand der 1 bis 3 wird nachfolgend eine erfindungsgemäße Verbundstruktur aus einem Aluminiumrohr und einem Wärmerohr sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben.
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Zunächst wird das Wärmerohr 1 in ein hohles Aluminiumrohr 2 eingebracht. Anschließend wird das Ausgangsgebilde aus dem Wärmerohr 1 und dem hohlen Aluminiumrohr 2 durch eine Reihe von Extrusions-Schritten oder Press-Umformschritten mittels einander jeweils gegenüberliegenden oberen und unteren Pressstempeln (31a, 32a; 31b, 32b; 31c, 32c) und mittels einander jeweils gegenüberliegenden linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempeln (41a, 42a; 41b, 42b; 41c, 42c) weiter verarbeitet, um den Ringspalt G zwischen dem Aluminium-Hohlrohr 2 und dem Wärmerohr 1 (siehe 4 und 5) zu verkleinern, bis das Aluminium-Hohlrohr 2 und das Wärmerohr 1 schließlich in Umfangsrichtung fest miteinander verpresst sind und die beiden entgegengesetzten offenen Enden 21, 21' des Aluminium-Hohlrohrs 2 vollständig geschlossen sind, insbesondere durch Kalt-Umformung miteinander verpresst oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden, wodurch des hohle Aluminiumrohr 2 und das Wärmerohr 1 gemeinsam eine Verbundstruktur ausbilden.
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Für die beiden vorgenannten einander gegenüber liegenden oberen und unteren Pressstempel 31a, 32a; 31b, 32b; 31c, 32c und die beiden vorgenannten einander gegenüber liegenden linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel 41a, 42a; 41b, 42b; 41c, 42c gelten die folgenden Beziehungen:
- – Die Abmessungen, insbesondere Durchmesser, der Pressstempel-Hohlräume 311a, 311b, 311c der oberen Pressstempel 31a, 31b, 31c nehmen in der Reihenfolge 311a > 311b > 311c proportional ab, wie in der 3 gezeigt, und die Abmessungen, insbesondere Durchmesser, der Pressstempel-Hohlräume 321a, 321b, 321c der unteren Pressstempel 32a, 32b, 32c sind entsprechend ausgelegt, nehmen also in entsprechender Weise proportional ab, d.h. es gilt 321a > 321b > 321c.
- – Die Abmessungen, insbesondere Durchmesser, der Querschnitts-Beschränkungshohlräume 411a, 411b, 411c der linken Querschnitts-Beschränkungsstempel 41a, 41b, 41c nehmen proportional ab, d.h. es gilt 411a > 411b > 411c, wie in der 2 gezeigt, und die Abmessungen, insbesondere Durchmesser, der Querschnitts-Beschränkungshohlräume 421a, 421b, 421c der rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel 42a, 42b, 42c sind entsprechend ausgelegt, nehmen also in entsprechender Weise proportional ab, d.h. es gilt 421a > 421b > 421c.
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Die einander gegenüberliegenden oberen und unteren Pressstempel (Extrusions-Werkzeuge; Englisch: „extrusion dies“) 31a, 32a; 31b, 32b; 31c, 32c sind jeweils an einander gegenüberliegenden oberen und unteren Formen 101, 102 befestigt und die einander gegenüberliegende linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel (Querschnitts-Beschränkungsformen; Englisch: „necking dies“) sind an den Seiten der jeweils zugeordneten oberen und unteren Pressstempel 31a, 32a; 31b, 32b; 31c, 32c befestigt
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Nach dem Einsetzen des Wärmerohrs 1 in das hohle Aluminiumrohr 2 wird das so ausgebildete Ausgangsgebilde aus dem Wärmerohr 1 und dem hohlen Aluminiumrohr 2 durch eine Reihe von Extrusions-Schritten oder Press-Umformschritten mittels einander gegenüberliegenden oberen und unteren Pressstempeln 31a, 32a; 31b, 32b; 31c, 32c sowie einander gegenüberliegenden linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempeln 41a, 42a; 41b, 42b; 41c, 42c weiter verarbeitet, um den Ringspalt G zwischen dem hohlen Aluminiumrohr 2 und dem Wärmerohr 1 schrittweise zu verringern, bis das hohle Aluminiumrohr 2 und das Wärmerohr 1 schließlich in Umfangsrichtung fest miteinander verpresst sind und die beiden entgegengesetzten offenen Enden 21, 21' des hohlen Aluminiumrohrs 2 vollständig geschlossen sind (siehe 6 bis 8). Auf diese Weise bilden das hohle Aluminiumrohr und das Wärmerohr 1 schließlich eine Verbundstruktur aus.
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Bei der Verarbeitung wird das Ausgangsgebilde aus dem Wärmerohr 1 und dem hohlen Aluminiumrohr 2 zunächst mittels eines ersten Extrusions-Schritts oder Press-Umformschritts mittels der ersten oberen und unteren Pressstempel 31a, 32a und mittels der ersten linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel bzw. Querschnitts-Beschränkungsformen 41a, 42a weiter verarbeitet, um den Ringspalt G zwischen dem hohlen Aluminiumrohr 2 und dem Wärmerohr 1 in einem ersten Schritt zu verkleinern. Dabei schrumpfen gleichzeitig die offenen Enden 21, 21‘ des hohlen Aluminiumrohrs 2 in einem ersten Schritt (vgl. 6).
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Nach diesem ersten Prozessschritt wird das so verarbeitete Gebilde aus dem Wärmerohr 1 und dem hohlen Aluminiumrohr 2 mittels eines zweiten Extrusions-Schritts oder Press-Umformschritts mittels der zweiten oberen und unteren Pressstempel 31b, 32b und mittels der zweiten linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel bzw. Querschnitts-Beschränkungsformen 41b, 42b weiter verarbeitet, um den Ringspalt G zwischen dem hohlen Aluminiumrohr 2 und dem Wärmerohr 1 in einem zweiten Schritt weiter zu verkleinern. Dabei schrumpfen gleichzeitig die offenen Enden 21, 21‘ des hohlen Aluminiumrohrs 2 in dem zweiten Schritt weiter (vgl. 7).
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Nach diesem zweiten Prozessschritt wird das so verarbeitete Gebilde aus dem Wärmerohr 1 und dem hohlen Aluminiumrohr 2 mittels eines dritten Extrusions-Schritts oder Press-Umformschritts mittels der dritten oberen und unteren Pressstempel 31c, 32c und mittels der dritten linken und rechten Querschnitts-Beschränkungsstempel bzw. Querschnitts-Beschränkungsformen 41c, 42c weiter verarbeitet, um den Ringspalt G zwischen dem hohlen Aluminiumrohr 2 und dem Wärmerohr 1 in einem dritten Schritt noch weiter zu verkleinern. Dabei schrumpfen gleichzeitig die offenen Enden 21, 21‘ des hohlen Aluminiumrohrs 2 in dem dritten Schritt noch weiter (vgl. 8). Schließlich ist bewerkstelligt, dass das hohle Aluminiumrohr 2 und das Wärmerohr 1 in Umfangsrichtung fest miteinander verpresst sind und die beiden entgegengesetzten offenen Enden 21, 21‘ des hohlen Aluminiumrohrs 2 vollständig verschlossen sind, wodurch eine Verbundstruktur ausgebildet ist. Wie man den Figuren insbesondere entnehmen kann, fließen die beiden entgegengesetzten offenen Enden 21, 21‘ des hohlen Aluminiumrohrs 2 durch Kaltumformung quasi ineinander und werden so stoffschlüssig miteinander verbunden, um die Enden 21, 21‘ vollständig zu verschließen. Bei der Umformung kann insbesondere nicht nur das hohle Aluminiumrohr 2 immer länger und dünner werden sondern auch das Wärmerohr 1 immer länger und dünner werden.
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Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung die Bearbeitung eines Ausgangsgebildes aus einem Wärmerohr 1 und einem hohlen Aluminiumrohr 2 durch eine Reihe von Extrusions-Pressschritten oder Press-Umformschritten mittels oberer und unterer Pressstempel sowie linker und rechter Querschnitts-Beschränkungsstempel, die einander jeweils gegenüberliegen, um den Spalt zwischen dem hohlen Aluminiumrohr 2 und dem Wärmerohr 1 schrittweise zu verkleinern, solange bis das hohle Aluminiumrohr 2 und das Wärmerohr 1 schließlich in Umfangsrichtung fest miteinander verpresst sind und die beiden entgegengesetzten offenen Enden 21, 21‘ des hohlen Aluminiumrohrs 2 vollständig geschlossen sind und beide Rohre gemeinsam eine Verbundstruktur ausbilden. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Ausgangsgebilde aus dem Wärmerohr und dem hohlen Aluminiumrohr in drei Extrusions-Pressschritten oder Press-Umformschritten. Dem Fachmann wird jedoch beim Studium des Vorstehenden ohne weiteres ersichtlich sein, dass die Gesamtzahl der Prozessschritte nicht auf drei beschränkt ist, sondern auch weiter erhöht oder verringert werden kann, ohne vom allgemeinen Lösungsgedanken und dem Schutzbereich, wie in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- TW 345223 M [0003]
- TW 429489 [0004, 0005]
