DE102017200422A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers und Wärmeübertrager - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers und Wärmeübertrager Download PDF

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Kay Reuter
Marcus Rohne
André Schlott
Marcel Fink
Jens Meinert
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers 1 mit den Verfahrensschritten Herstellen eines Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes 8, und Herstellen eines Fluidführungselementes 5, sowie Verbinden des Fluidführungselementes 5 mit dem Oberflächenvergrößerungsstrukturelement 8. Dabei wird das Herstellen des Fluidführungselementes 5 und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes 8 mittels Drucken mindestens eines Werkstoffes vorgenommen, wobei das Verbinden durch stoffschlüssiges Drucken des Fluidführungselementes (5) und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes (8) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers und einen erfindungsgemäß hergestellten Wärmeübertrager. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte Herstellen eines Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes, und Herstellen eines Fluidführungselementes, sowie Verbinden des Fluidführungselementes mit dem Oberflächenvergrößerungsstrukturelement auf.
  • Derartige Wärmeübertrager dienen dazu, in thermischen Transformationsprozessen Wärme zwischen zwei Fluiden, also Gasen und/oder Flüssigkeiten, zu übertragen. Zum Beispiel wird Wärme von einem in dem z.B. als Rohranordnung ausgeführten Fluidführungselement fließenden erstes Fluid mittels des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes an ein den Wärmeübertrager umgebendes zweites Fluid abgegeben, wodurch der Wärmeübertrager als Kühlkörper eingesetzt werden kann. Solche Wärmeübertrager finden Verwendung in Kältemaschinen oder Wärmepumpen oder zur Entwärmung von Maschinen.
  • Das Oberflächenvergrößerungsstrukturelement bekannter Wärmetauscher weist dazu meist als Lamellen ausgebildete Oberflächenvergrößerungsstrukturen auf, die bei derartigen Lamellen-Wärmeübertragern einen vergrößerten Wärmeübertrag bewirken. Das Fluidführungselement weist dazu Fluidführungen auf, in denen wie in einem Rohrsystem ein Fluid insbesondere abgeschlossen zirkulieren kann.
  • Bekannte Lamellen-Wärmeübertrager haben also die Aufgabe, ein durch eine Rohranordnung geführtes Fluid mit einem auf der Rohraußenseite befindlichen Fluid ohne Vermischung der Stoffströme in thermischen Kontakt zu bringen. Das als Lamellenelement ausgeführte Oberflächenvergrößerungsstrukturelement dient zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf der Außenseite des Wärmeübertragers. Die Ausführung der Geometrie der Lamellen, insbesondere der Lamellendicke, d.h. deren Materialstärke, und des Lamellenabstandes zwischen benachbarten Lamellen, richtet sich dabei nach der geplanten Anwendung und ist fertigungstechnisch limitiert.
  • Gattungsgemäße Wärmeübertrager mit lamellenförmigen Oberflächenvergrößerungsstrukturelementen sind z.B. in der US 2006/283573 A oder in der EP 2 253 921 A1 beschrieben. Dort werden minimale Lamellenabstände von etwa 0,2 mm beschrieben und minimale Lamellenstärken von etwa 0,1 mm. Ein gattungsgemäßes Herstellungsverfahren ist in der EP 1 691 159 A1 offenbart. Dort werden einzeln als Bleche hergestellte lamellenförmige Oberflächenvergrößerungsstrukturelemente mit Aussparungen versehen, in die rohrförmige Fluidführungselemente eingesteckt werden. Das Verbinden der Oberflächenvergrößerungsstrukturelemente mit den Fluidführungselementen erfolgt durch Verpressen. Häufig wird auch ein Verlöten vorgenommen. Diese Herstellungsverfahren eines Wärmeübertragers bedürfen mehrerer mechanisch unterschiedlicher Verfahrensschritte und ist somit aufwändig. Weiter ist die Lamellenstärke hinsichtlich einer Miniaturisierung durch die z.B. beim Verpressen auftretenden Kräfte stark beschränkt, so dass der durch die Lamellen erreichte Wärmeübertrag limitiert ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers und einen Wärmeübertrager bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik verringern, wobei insbesondere eine einfachere Herstellung eines effizienteren Wärmeübertragers ermöglicht werden soll.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einen Wärmeübertrager nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt das Herstellen des Fluidführungselementes und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes mittels dreidimensionalem Drucken in mehreren Schichten, bzw. Lagen, mindestens eines Werkstoffes, wobei das Oberflächenvergrößerungsstrukturelement und das Fluidführungselement gedruckt und damit stoffschlüssig gefügt wird. Derart wird ein mittels dreidimensionalem Drucken (3D-Druck) gedruckter Wärmeübertrager, bzw. ein entsprechendes Wärmeübertragungssystem, bereitgestellt.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erlaubt die Anzahl an notwendigen Fertigungsschritten deutlich zu reduzieren. Oberflächenvergrößerungsstrukturen des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes, insbesondere Lamellen, können beim Drucken sehr fein ausgeführt werden. Es wird ein Herstellen von sehr feinen Lamellengeometrien ermöglicht, also insbesondere ein gegenüber bekannten Wärmeübertragern reduzierter Abstand benachbarter Lamellen und/oder eine geringere Materialstärke der Lamellen (Lamellendicke) ermöglicht. In einigen Ausführungsformen der Erfindung die Materialstärke minimal 60 µm betragen. Weiter können ohne hohen Aufwand nahezu beliebige Fluidleitungsgeometrien des Fluidführungselementes gedruckt werden. Es sind beliebige Lamellenformen wie z.B. gerade, gewellte und/oder gezackte Lamellen realisierbar.
  • Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist somit den Vorteil vereinfachter Herstellung auf, da durch das Druckverfahren mehrere, bislang separat ablaufende Fertigungsschritte obsolet werden. Durch geringere Strukturgrößen und stoffschlüssige Fertigung aus einem Guß können Wärmewiderstände zwischen Fluidführung und Oberflächenvergrößerungsstrukturen reduziert sein, so dass die Leistungsdichte verbessert sein kann.
  • Das direkte Übereinanderdrucken des Fluidführungselementes und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes mittels Drucken mindestens eines Werkstoffes erlaubt die Herstellung von Wärmeübertragern mit stoffschlüssiger und somit für einen Wärmetransport optimaler Verbindung, z.B. zwischen Rohr- und Lamellenelementen. Dies kann ohne Einsatz eines zusätzlichen Fertigungsschrittes erfolgen, welcher beispielsweise bei verlöteten Apparaten notwendig ist.
  • Vorteilhaft werden Werkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit beim Herstellen eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers gedruckt. Diese Werkstoffe Kupfer und/oder Aluminium und/oder einen eisenbasierten Werkstoff und/oder ein Polymer und/oder ein Refraktärmetall und/oder ein Edelmetall enthalten oder daraus bestehen. Polymere können mit Füllstoffen versehen sein, welche die Wärmeleitfähigkeit erhöhen. Füllstoffe können wiederum ein Metall oder eine Legierung oder Kohlenstoff enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird nur ein einziger Werkstoff verwendet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können unterschiedliche Werkstoffe für unterschiedliche Bestandteile oder Legierungen verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung können während des Druckens temporäre Strukturen erzeugt werden, welche vor Inbetriebnahme des Wärmeüberträgers in einem weiteren Verfahrensschritt wieder entfernt werden. Hierzu kann ein Werkstoff verwendet werden, welcher chemisch oder thermisch zersetzbar oder verflüssigbar ist. Dies kann in einigen Ausführungsformen ein Wachs oder ein Kunstsstoff sein.
  • Ein leicht realisierbares Druckverfahren wird ermöglicht, wenn beim Drucken Werkstoffschichten aus von einem Bindemittel umgebenen Metallpartikeln und/oder Polymerpartikeln aufgebracht werden. Das Bindemittel ermöglicht ein formgerechtes Zusammenhalten der Partikel während des Druckens.
  • Die Anzahl der Herstellungsverfahrensschritte kann minimiert werden, wenn beim Drucken des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes in einem ersten Druckverfahrensschritt ein Grundplattenelement gedruckt wird und in einem weiteren Druckverfahrensschritt ein Deckplattenelement gedruckt wird, wobei das Herstellen des Fluidführungselementes zwischen dem ersten und dem weiteren Druckverfahrensschritt erfolgt.
  • Beim Drucken des Fluidführungselementes kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung in das Fluidführungselement eine Stützstruktur eingedruckt werden.
  • Die Fluidführungen können in einigen Ausführungsformen der Erfindung in einem ersten Verfahrensschritt zunächst als offene Kanäle gedruckt werden, welche daraufhin einen abdichtenden Abschluss, also ein Deckplattenelement, erhalten. Derart kann vermieden werden, dass beim Drucken des Deckplattenelementes durch Druckfehler Verschlüsse in den Fluidführungen entstehen.
  • Vorteilhaft wird die Stützstruktur als Fluidführungsverstärkungen aus mindestens einem der Werkstoffe gedruckt. Derartige Fluidführungsverstärkungen können z.B. als lamellen- und/oder pinförmige Stützelemente ausgebildet sein.
  • Die Stützstruktur kann auch als Volumenverfüllung der Fluidführung hergestellt werden. Eine derartige Volumenverfüllung verhindert ebenfalls Verschlüsse in den Fluidführungen. Die Volumenverfüllung wird nach Abschluss des Druckens des Wärmeübertragers aus den Fluidführungen entfernt. Die Volumenfüllung kann z.B. aus Metallpulver und/oder Keramikpulver und/oder Wachs hergestellt werden. Die Pulver können mechanisch entfernt werden. Schmelzende, z.B. Wachs, oder auflösbare Volumenfüllungen werden entsprechend durch Schmelzen oder Auflösen entfernt.
  • Besonders vorteilhaft erfolgt das Drucken mittels eines Siebdruckverfahrens. Dabei wird jeweils nach dem Aufdrucken einer Werkstoffschicht ein Siebwechsel vorgenommen, sofern die nachfolgend zu druckende Werkstoffschicht hinsichtlich ihrer Geometrie (Druckgeometrie) gegenüber der vorher gedruckten Werkstoffschicht nicht identisch ist. Die derart angewandte Technologie des 3D-Siebdruckes ermöglicht das sehr exakte Drucken von sehr feinen Strukturen. Mittels dreidimensionalen Siebdrucks können insbesondere sehr dünne oberflächenvergrößernde Strukturen an dem Oberflächenvergrößerungsstrukturelement, z.B. Lamellen und/oder Pins, ab einer Größe von 60 µm erzeugt werden. Die Höhe der Strukturen ist dabei nicht beschränkt. Die Abstände der Strukturen zueinander können bis minimal 60 µm betragen. Das 3D-Siebdruckverfahren zählt zu den additiven Fertigungstechnologien. Im Vergleich zu strahlbasierten 3D-Druck-Technologie (im Allgemeinen als 3D-Druck bezeichnet) wird im 3D-Siebdruckverfahren das Bauteil durch lagenweises übereinander Drucken eines Werkstoffes, d.h. einer Drucksuspension (oder auch Druckpaste), hergestellt. Diese Druckpaste besteht aus einem Gemisch aus Metallpulver, Bindemittel, Lösemittel und Additiven.
  • Vorteilhaft erfolgt nach Abschluss des Druckens eine Verfestigung des gedruckten erfindungsgemäßen Wärmeübertragers durch Entbinderung und/oder Sintern. Unter Entbindern wird das Entfernen eines Bindemittels verstanden.
  • Ein erfindungsgemäßer Wärmeübertrager weist ein Oberflächenvergrößerungsstrukturelement und ein damit verbundenes Fluidführungselement auf und ist nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Das Oberflächenvergrößerungsstrukturelement und das Fluidführungselement sind insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Hauptvorteil der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Fluidführung und Oberflächenvergrößerungsstruktur, z.B. einem Rohr und Lamellen, ergibt sich durch den so erreichbaren optimalen Wärmetransport. Die stoffschlüssige Verbindung führt auch zu einer stabilen und kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers.
  • Vorteilhaft sind die Oberflächenvergrößerungen des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes als Lamellen und/oder Pins ausgebildet, wobei die Lamellen und/oder Pins Materialstärken von weniger als einem Zehntel Millimeter aufweisen und/oder weniger als einen Zehntel Millimeter voneinander beabstandet sind. Die Wanddicken der Fluidführungen des Fluidführungselementes betragen vorteilhaft zwischen 60 µm bis 500 µm und die Höhe des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers beträgt vorteilhaft bis zu 20 mm.
  • Das Fluidführungselement eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers weist vorteilhaft einen Sammler für Fluid auf, wobei Fluidführungen des Fluidführungselementes in den Sammler einmünden.
  • Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers erfolgt vorteilhaft in Vorrichtungen zur Durchführung thermischer Transformationsprozesse, insbesondere in einer Kältemaschine und/oder Wärmepumpe und/oder als allgemeiner Wärmeübertrager z.B. in einem Personenkraftfahrzeug (PKW) Kühler.
  • Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Fotografie eines Halbfabrikats eines erfindungsgemäß gedruckten Wärmeübertragers aus Kupfer.
    • 2a bis 2d eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen dreidimensionalen Siebdruckverfahrens, wobei die 2c und 2d jeweils eine Zeichnung eines Halbfabrikats eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers, d.h. den zu druckenden Wärmeübertrager in seinem Zustand nach einer unterschiedlichen Anzahl von aufgedruckten Schichten, darstellen.
  • In 1 ist eine Fotografie eines Halbfabrikats eines erfindungsgemäß gedruckten Wärmeübertragers 1 aus Kupfer dargestellt. Es handelt sich dabei um ein Halbfabrikat, also um einen noch nicht fertig gedruckten Wärmeübertrager, da der die Fluidführungen 3 des Fluidführungselementes 5 abschließende Deckel als Teil des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes 8 noch nicht aufgedruckt ist. Diese Darstellung wurde gewählt, da derart die Wände 7 des Fluidführungselementes 5 und dessen Fluidführungen 3, also die Fluidführungsgeometrie, gut erkennbar ist. In den rechteckförmigen Zwischenräumen zwischen den Fluidführungen 3 sind Bereiche mit als Lamellen 9 ausgeführten Oberflächenvergrößerungsstrukturen gut zu erkennnen. Die einzelnen Lamellen 9 selbst sind aufgrund ihrer Feinheit nur durch die als rau sichtbare Flächenfüllung zu erkennen.
  • Eine vorteilhafte Variante eines erfindungsgemäßen Prozessablaufes für die Herstellung eines erfindungsgemäß als LamellenWärmeübertrager gedruckten Wärmeübertragers weist nachfolgende Verfahrensschritte auf:
    • - 1. Drucken eines Grundplattenelementes (Grundplatte) mit oberflächenvergrößernder Struktur eines Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes 8.
    • - 2. Änderung der Druckgeometrie durch Siebwechsel.
    • - 3. Drucken einer Fluidführungsgeometrie eines Fluidführungselementes 5, d.h. einer Rohrgeometrie, z.B. inklusive eines Sammlers, insbesondere gleichzeitiges Drucken von oberflächenvergrößernden Strukturen.
    • - 4. Eindrucken, d.h. Ausfüllen der Fluidführungen 3, d.h. der offenen Rohr- bzw. Sammlerfläche, sodass nachfolgend ein als Deckel dienendes Deckplattenelement sicher aufgedruckt werden kann, durch folgende Verfahrensvarianten:
      1. a) Eindrucken von Stützstrukturen, z.B. Lamellen und/oder Pins, z.B. mit Abstand größer 3 mm zueinander, aus dem gleichen Material wie dem Fluidführungselement, also dem Rohr / Sammler oder aus einem Polymer.
      2. b) Eindrucken einer Volumenverfüllung z.B. von Metall- bzw. Keramikpulver, oder
      3. c) Eindrucken von löslichem oder schmelzbarem Material (Füllmaterial), z.B. Wachse.
    • - 5. Änderung der Druckgeometrie durch Siebwechsel.
    • - 6. Drucken eines Deckplattenelementes (Deckplatte) mit oberflächenvergrößernder Struktur des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes.
    • - 7. Optional für Variante 4c: Entfernung des Füllmaterials z.B. durch Lösemittelentbinderung
    • - 8. Entbinderung und/oder Sinterung des Wärmeübertragers.
  • Das in der 1 gezeigte Halbfabrikat befindet sich in einer Fertigungsstufe nach dem aufgeführten Verfahrensschritt Nummer drei.
  • Die 2a bis 2d zeigen eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen dreidimensionalen Siebdruckverfahrens, wobei die 2c und 2d jeweils eine Zeichnung eines Halbfabrikats eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1, d.h. den zu druckenden Wärmeübertrager in seinem Zustand nach einer unterschiedlichen Anzahl von aufgedruckten Schichten, darstellen. In 2a ist der zu druckende Wärmeübertrager 1 zur Vereinfachung der Darstellung symbolisch als Zahnrad dargestellt. 2b zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes zum Aufbringen von Schichten 20 eines Werkstoffes des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Siebdruckverfahrens durch Pressen einer Druckpaste 22 durch ein (Druck-)Sieb 23 mittels einer Rakel 24. Die Rakel 24 wird dazu in Richtung des dargestellten Pfeils 25 über das Sieb 23 gezogen. Das Design des Siebes 23 kann mittels eines CAD-Programmes festgelegt werden. Das Herstellen des Fluidführungselementes und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes erfolgt mittels dreidimensionalem Drucken in mehreren Schichten 20 mindestens eines Werkstoffes 22, d.h. einer Druckpaste die den Werkstoff enthält, wobei das Verbinden durch stoffschlüssiges Drucken des Fluidführungselementes und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes erfolgt. In dem dargestellten 3D-Siebdruckverfahren wird das Bauteil, d.h. der Wärmeübertrager 1, durch lagenweises Übereinanderdrucken des Werkstoffes, d.h. einer den Werkstoff enthaltenden Drucksuspension (Druckpaste), hergestellt. Diese Druckpaste besteht aus einem Gemisch aus Metallpulver, Bindemittel, Lösemittel und Additiven. Die zu druckende Struktur wird durch ein Werkzeug (Drucksieb) definiert. Dieses Drucksieb 23 ist strukturiert und enthält nicht-druckende Bereiche, in denen keine Paste durch das Sieb 23 gedrückt werden kann, und druckende Bereiche, in denen Druckpaste 22 durch das Sieb 23 gedrückt werden kann. Die Druckpaste 22 ist in der 2a in einer Photographie 30 gezeigt. Beim Druckvorgang wird das Drucksieb mit einem Rakel 24 auf das Drucksubstrat gedrückt und die Druckpaste 22 an das Substrat übertragen. So wird das Bauteil lagenweise in z-Richtung aufgebaut. Durch Wechsel des Drucksiebes 23 während des Druckprozesses ist es möglich, die Geometrie des Bauteiles zu variieren. Nach Abschluss des Druckvorgangs wird das Bauteil als sog. Grünteil bezeichnet, wie es in 1 dargestellt ist. Dieses Grünteil wird anschließend wärmebehandelt, z.B. gesintert, was auch zu einer Entbinderung führt. Während dieser Wärmebehandlung werden die organischen Bestandteile, z.B. Binder und/oder Additive, entfernt und das Bauteil verdichtet.
  • Mittels dreidimensionalen Siebdrucks können sehr dünne oberflächenvergrößernde Strukturen, z.B. Lamellen und/oder Pins, ab einer Größe von 60 µm erzeugt werden. Die Höhe der Strukturen ist dabei nicht beschränkt. Die Abstände der Strukturen zueinander können bis zu einem Mindestabstand von 0,06 mm betragen.
  • Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit Lamellen als Oberflächenstrukturvergrößerungen (Lamellenwärmeübertrager) im 3D-Siebdruckverfahren erfolgt folgendermaßen:
    1. 1. Im ersten Schritt werden die Grundplatten (Grundplattenelement) der Rohrgeometrie, d.h. die Fluidführungen 3, gedruckt. Gleichzeitig werden die oberflächenvergrößernden Strukturen 9 in der Mitte des Wärmeübertragers erzeugt. Ein derart erzeugtes Halbfabrikat ist in 2c gezeigt.
    2. 2. Nachdem die Zielhöhe der Grundplatten erreicht wurde, wird der Prozess gestoppt und ein Siebwechsel durchgeführt. Das zweite Sieb enthält oberflächenvergrößernde Strukturen (wie beim ersten Sieb auch), die Seitenwände 7 der Rohrgeometrie und gegebenenfalls sogenannte Stützstrukturen 35 im Sammler. Diese Stützstrukturen, z.B. Lamellen und/oder Pins mit Abstand > 3 mm zueinander, aus dem gleichen Material wie Rohr und Sammler oder aus einem Polymer, sind notwendig um die freie Rohrfläche im nachfolgenden Druckvorgang zu „überdrucken“, d.h. es wird ein Deckel (Deckplattenelement) aufgedruckt, der die Rohrgeometrie abschließt.
    3. 3. Nach dem Siebwechsel werden die Seitenwände 7 und, falls nötig, Stützstrukturen 35 gedruckt. Ein derart erzeugtes Halbfabrikat ist in 2d gezeigt.
    4. 4. Falls keine Stützstrukturen im Sammler in Pkt. 3 verwendet werden, kann ersatzweise die offene Rohr- bzw. Sammlerfläche z.B. durch Metall- bzw. Keramikpulver und/oder Wachse aufgefüllt werden, sodass nachfolgend ein Deckel aufgedruckt werden kann.
    5. 5. Abschließend erfolgt der Druckprozess der Deckschicht, d.h. des Deckplattenelements. Das Layout ist das gleiche wie bei den Grundplatten, wie in 2c gezeigt, und enthält ebenso oberflächenvergrößernde Strukturen. Damit ist der Druckprozess abgeschlossen und der erzeugte Lamellenwärmeübertrager wird darauffolgend noch wärmebehandelt.
  • Mittels des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Siebdrucks können sehr dünne oberflächenvergrößernde Strukturen, z.B. Lamellen oder Pins ab 60 µm Durchmesser erzeugt werden. Die Höhe der Strukturen ist dabei nicht beschränkt. Die Abstände der Strukturen zueinander können bis zu einem Mindestabstand von 0,06 mm betragen. Ein weiterer Vorteil liegt in der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Lamellen und Rohr, welche einen optimalen Wärmetransport garantiert. Weiterhin sind beliebige Lamellenformen wie z.B. gerade, gewellte und/oder gezackte realisierbar. Der Einsatz von Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer, Aluminium aber auch von eisenbasierten Werkstoffen ist möglich.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers 1 mit den Verfahrensschritten Herstellen eines Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes 8, und Herstellen eines Fluidführungselementes 5, sowie Verbinden des Fluidführungselementes 5 mit dem Oberflächenvergrößerungsstrukturelement 8. Dabei wird das Herstellen des Fluidführungselementes 5 und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes 8 mittels Drucken mindestens eines Werkstoffes vorgenommen, wobei das Verbinden durch Übereinanderdrucken erfolgt.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.
  • 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
    • US 2006283573 A [0005]
    • EP 2253921 A1 [0005]
    • EP 1691159 A1 [0005]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers (1) mit den Verfahrensschritten Herstellen eines Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes (8), Herstellen eines Fluidführungselementes (5), und Verbinden des Fluidführungselementes (5) mit dem Oberflächenvergrößerungsstrukturelement (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Fluidführungselementes (5) und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes (8) mittels dreidimensionalem Drucken in mehreren Schichten mindestens eines Werkstoffes vorgenommen wird, wobei das Verbinden durch stoffschlüssiges Drucken des Fluidführungselementes (5) und des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes (8) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Kupfer und/oder Aluminium und/oder einen eisenbasierten Werkstoff und/oder ein Polymer und/oder ein Refraktärmetall und/oder ein Edelmetall enthält oder daraus besteht.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drucken Werkstoffschichten aus von einem Bindemittel umgebenen Metallpartikeln und/oder Polymerpartikeln aufgebracht werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drucken des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes (8) in einem ersten Druckverfahrensschritt ein Grundplattenelement gedruckt wird und in einem weiteren Druckverfahrensschritt ein Deckplattenelement gedruckt wird, wobei das Herstellen des Fluidführungselementes (5) zwischen dem ersten und dem weiteren Druckverfahrensschritt erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drucken des Fluidführungselementes (5) in einem ersten Verfahrensschritt eine Fluidführungsgeometrie gedruckt wird und in einem weiteren Verfahrensschritt in Fluidführungen (3) der Fluidführungsgeometrie eine Stützstruktur eingedruckt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur als Fluidführungsverstärkungen aus mindestens einem der Werkstoffe des Wärmeübertragers gedruckt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur als eine Volumenverfüllung der Fluidführung hergestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenfüllung aus Metallpulver und/oder Keramikpulver und/oder Wachs hergestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale Drucken mittels eines Siebdruckverfahrens erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfestigung des Wärmeübertragers (1) durch Entbinderung und/oder Sintern vorgenommen wird.
  11. Wärmeübertrager (1) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Oberflächenvergrößerungsstrukturelement (8) und einem damit verbundenen Fluidführungselement (5) dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenvergrößerungsstrukturelement (8) und das Fluidführungselement (5) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  12. Wärmeübertrager (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenvergrößerungen des Oberflächenvergrößerungsstrukturelementes als Lamellen (9) und/oder Pins ausgebildet sind, wobei die Lamellen (9) und/oder Pins Materialstärken von weniger als einem Zehntel Millimeter aufweisen und/oder weniger als einen Zehntel Millimeter voneinander beabstandet sind.
  13. Wärmeübertrager (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidführungselement (5) einen Sammler aufweist, wobei Fluidführungen (3) des Fluidführungselementes (5) in den Sammler einmünden.
  14. Verwendung eines Wärmeübertragers (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13 in einer Kältemaschine und/oder Wärmepumpe.
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