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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kapillarbereichs für ein Sorptionswärmeübertragungsmodul mit einer flachen Wandung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kapillarbereichs für ein Sorptionswärmeübertragungsmodul mit einer gekrümmten Wandung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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In einem Sorptionswärmeübertragungsmodul wird ein Arbeitsmittel in einem Kreislauf in einem Sorptionsbereich adsorbiert oder aus diesem desorbiert und in einem wärmeleitenden Kapillarbereich kondensiert oder aus diesem verdampft. Der Sorptionsbereich kann beispielsweise Aktivkohle oder Zeolith beinhalten und der Kapillarbereich beispielsweise mehrere an der Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls festgelegte Wellrippen umfassen. Die Wellrippen sind üblicherweise aus einem einzigen Materialstück gefaltet und umfassen mehrere Kapillarflächen zur Aufnahme des Arbeitsmediums. Die Kapillarflächen sind dabei durch Falten der Wellrippen gebildet und sind entsprechend benachbart und zueinander beabstandet. In dem Kreislauf kann das Arbeitsmittel Wärme aufnehmen und abgeben, was technisch genutzt wird.
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In
WO 2013/011102 A2 wird in dem Sorptionsbereich Aktivkohle verwendet und als Arbeitsmittel Methanol genutzt. Der Kapillarbereich umfasst dann die Wandung aus Edelstahl mit ferritischen Eigenschaften und Wellrippen. Unter anderem wird für die Wandung verzinntes Stahlblech - das sogenannte Weißblech - verwendet. In
EP 1 918 668 B1 wird eine Struktur zur Aufnahme des Arbeitsmittels durch Kapillarkräfte beschrieben. In
WO 2016/091628 A1 wird dann diese Struktur in dem wärmeleitenden Kapillarbereich zum Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsmittels und in dem Sorptionsbereich zum Adsorbieren und Desorbieren des Arbeitsmittels verwendet. Diese Struktur ist dabei aus einem Wellrippenpaket gebildet, das dann mit der innenliegenden Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls durch Weichlöten stoffschlüssig verbunden ist. Bevorzugt wird dabei eine Stirnseite des Wellrippenpakets an der innenliegenden Wandung angelötet. Als Werkstoffe für die Wellrippenpakete werden Kupfer oder verzinntes Kupfer offenbart.
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Problematisch ist bei den verwendeten Materialien, dass beim Herstellen des Kapillarbereichs zum Weichlöten der Wellrippen aus Kupfer mit der Wandung aus Edelstahl hochaggressive Flussmittel eingesetzt werden müssen. Diese sind notwendig, um die Oberfläche von Edelstahl benetzbar zu machen. Die Rückstände des Flussmittels müssen dann nach dem Weichlöten aufwändig in mehreren Spülvorgängen entfernt werden, da diese Wellrippen durch Korrosion zerstören können. Ferner saugen Wellrippen aus Kupfer das flüssige Weichlot an, das dann zumindest partiell den Zugang von Arbeitsmittel in die Wellrippen verhindert. Ferner fehlt dann das Weichlot bei der Anbindung der Wellrippe an die Wandung. Wird Edelstahl durch Weißblech ersetzt, so können weniger aggressive Flussmittel eingesetzt werden. Das verhindert jedoch das Ansaugen des Weichlots in die Wellrippe nicht.
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Die Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls kann flach oder gekrümmt sein. Eine gekrümmte Wandung liegt beispielweise in einem zylindrischen bzw. rohrförmigen Sorptionswärmeübertragungsmodul vor. Dann muss die an sich üblicherweise flache Wellrippe an einer gekrümmten Wandung angebunden werden. Aufgrund der vorhandenen Krümmung liegt die Wellrippe jedoch nicht durchgehend an der Wandung an und das flüssige Weichlot kann dann aus diesen Bereichen abfließen. Entsprechend fehlt das Weichlot dann bei der Anbindung der Wellrippe an die Wandung in diesen Bereichen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren zum Herstellen eines Kapillarbereichs für ein Sorptionswärmeübertragungsmodul mit einer flachen Wandung und mit einer gekrümmten Wandung bereitzustellen, bei denen die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Verfahren ist zum Herstellen eines Kapillarbereichs für ein Sorptionswärmeübertragungsmodul vorgesehen. Dabei ist der Kapillarbereich aus wenigstens einer Kupfer-Wellrippe und einer flachen Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls gebildet. Die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe weist dabei mehrere benachbarte Kapillarflächen auf, die an gegenüberliegenden Seiten der Kupfer-Wellrippe jeweils eine zickzackartige oder mäanderartige Verbindungskante der Kupfer-Wellrippe bilden. Das Verfahren umfasst ein Anordnen einer Weichlotschicht an der Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls. Ferner umfasst das Verfahren ein Anordnen der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der einen zu verlötenden Verbindungskante an der Weichlotschicht. Ferner umfasst das Verfahren ein Verlöten der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der Wandung über die Weichlotschicht. Erfindungsgemäß wird zum Verlöten die ausschließlich aus einem Weichlötmittel bestehende Weichlotschicht verwendet und das Verlöten erfolgt unter einer Schutzatmosphäre mit einem reduzierten Sauerstoffgehalt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Schutzatmosphäre um Vakuum oder um eine Argon-Schutzatmosphäre.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Verlöten der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der Weichlotschicht aus dem Weichlötmittel und ohne ein Flussmittel. Das Verzichten auf ein Flussmittels bewirkt, das Oxidschichten auf der Wandung und auf der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe beim Verlöten nicht zerstört werden. Dadurch kann das Weichlötmittel in die Kupfer-Wellrippe - also zwischen den benachbarten Kapillarflächen - nicht angesaugt werden und diese bleibt nach dem Herstellen des Kapillarbereichs für das Arbeitsmittel zugänglich. Die Oxidschichten bewirken jedoch, dass die Wandung und die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe von dem Weichlötmittel nur begrenzt benetzt werden. Dieser negative Effekt wird durch die Schutzatmosphäre mit dem reduzierten Sauerstoffgehalt nivelliert. Überraschenderweise wird mit dem reduzierten Sauerstoffgehalt die Benetzung verbessert, so dass die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe auch ohne ein Flussmittel stoffschlüssig an der Wandung festgelegt und wärmeübertragend an diese angebunden werden kann. Das stoffschlüssige Anbinden der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe erfolgt dabei in den Bereichen, mit denen diese in das verflüssigte Weichlötmittel eintaucht. Die nicht entfernten Oxidschichten hemmen aber die Benetzung der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe in den Bereichen, die in das verflüssigte Weichlötmittel nicht eingetaucht sind. Dadurch können die Benetzung der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe in den in das verflüssigte Weichlötmittel nicht eingetauchten Bereichen und das Ansaugen des verflüssigten Weichlötmittels in die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe vorteilhaft vermieden werden.
Eine erfindungsgemäße Kombination des Verlötens unter der Schutzatmosphäre und ohne das Flussmittel führt zum vereinfachten Herstellen des Kapillarbereichs. Insbesondere muss kein Flussmittel nach dem Herstellen entfernt werden. Ferner kann der Kapillarbereich mit einem verbesserten Aufnahmeverhalten des Arbeitsmittels hergestellt werden, da in dem Verfahren kein Weichlötmittel in die Kupfer-Wellrippe - also zwischen den benachbarten Kapillarflächen - angesaugt wird. Entsprechend wird in dem hergestellten Kapillarbereich der Zugang des Arbeitsmittels in die Kupfer-Wellrippe nicht verhindert. Beim Verlöten wird die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe mit der Wandung weichverlötet, was eine Temperatur unter 450 °C voraussetzt. Vorteilhafterweise können in dem Verfahren vor dem Verlöten auf der Weichlotschicht mehrere Kupfer-Wellrippen angeordnet werden und mit der Wandung gleichzeitig verlötet werden.
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Die Kupfer-Wellrippe ist dabei vorzugsweise blockförmig und weist - wie oben bereits erläutert - zwei gegenüberliegende Seiten mit jeweils einer zickzackartigen oder mäanderartigen Verbindungskante auf. An diesen beiden Seiten ist die Wellrippe offen. Zwei weitere gegenüberliegende Seiten der wenigstens einen Kupfer-Wellrippen sind durch die jeweiligen längsseitig letzten Kapillarflächen gebildet. Zwei weitere gegenüberliegende Seiten sind durch mehrere parallel zueinander angeordnete Verbindungskanten oder Verbindungsbereiche der jeweiligen benachbarten Kapillarflächen gebildet. An den Verbindungskanten oder an den Verbindungsbereichen schließen die jeweiligen benachbarten Kapillarflächen aneinander an, so dass an diesen Seiten mehrere in die Kupfer-Wellrippe hineinragende Taschen gebildet sind. Die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe wird dabei an der Wandung mit der Verbindungskante angeordnet, so dass jede der jeweiligen Kapillarflächen einen Kontakt mit der Weichlotschicht aufweist und von dieser nahe senkrecht absteht. Beim Verlöten wird somit nahe jede der jeweiligen Kapillarflächen an der Wandung stoffschlüssig festgelegt und wärmeübertragend an diese angebunden. Die jeweiligen Kapillarflächen sind vorzugsweise flach und die Kupfer-Wellrippe ist vorzugsweise aus einem einzigen flachen Materialstück geformt. So kann die Kupfer-Wellrippe beispielweise aus einer zickzackartig oder mäanderartig gefalteten oder plissierten Kupferfolie gebildet sein.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass beim Anordnen der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe an der Weichlotschicht die jeweiligen Kapillarflächen unter Bezug auf die Erdanziehungskraft hängend angeordnet werden. Dabei stellt sich zwischen dem verflüssigten Weichlötmittel und den jeweiligen Kapillarflächen ein Kontaktwinkel ein, der zwischen 60° und 90° und insbesondere zwischen 70° und 80° liegt. Alternativ können beim Anordnen der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe an der Weichlotschicht die jeweiligen Kapillarflächen unter Bezug auf die Erdanziehungskraft aufrechtstehend angeordnet werden. Dabei stellt sich zwischen dem verflüssigten Weichlötmittel und den jeweiligen Kapillarflächen ein Kontaktwinkel ein, der zwischen 80° und 110° und insbesondere zwischen 90° und 100° liegt. Durch den eingestellten Kontaktwinkel kann vorteilhafterweise in beiden Fällen das Ansaugen des Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippe verhindert oder zumindest minimiert werden.
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Der Unterschied zwischen den Kontaktwinkeln bei den hängenden Kapillarflächen und bei den aufrechtstehenden Kapillarflächen ergibt sich dabei durch die Wirkung der Erdanziehungskraft. Nach einer gängigen Definition benetzt das Weichlötmittel die jeweilige Kapillarfläche bei den eingestellten Kontaktwinkeln nicht. Allerdings ist die bei diesen Kontaktwinkeln erreichte Eindringtiefe der Kapillarflächen in das verflüssigte Weichlötmittel zum stoffschlüssigen und wärmeübertragenden Anbinden der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe an die Wandung ausreichend. Es versteht sich, dass in dem Verfahren auch mehrere Kupfer-Wellrippen gleichzeitig an die Wandung angelötet werden können. Bei einigen der mehreren Kupfer-Wellrippen können dann die jeweiligen Kapillarflächen hängend und bei einigen der mehreren Kupfer-Wellrippen können dann die jeweiligen Kapillarflächen aufrechtstehend an der Wandung angeordnet werden.
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Um das Ansaugen des Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippe sicher zu verhindern, kann vor dem Verlöten auf die jeweilige Kapillarfläche zumindest einseitig eine strichartige Lötstoppbarriere parallel zu der zu verlötenden Verbindungskante der Kupfer-Wellrippe aufgetragen werden. Ein Abstand der Lötstoppbarriere zu der zu verlötenden Verbindungskante beträgt dann weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 0,5 mm, und mehr, wenigstens 0,05 mm mehr, als eine Dicke der Weichlotschicht. Die Dicke der Weichlotschicht kann sich dabei sowohl auf eine Dicke der nicht aufgeschmolzenen als auch auf eine Dicke der aufgeschmolzenen Weichlotschicht beziehen. Dadurch kann vorteilhaft verhindert werden, dass das Weichlötmittel der Weichlotschicht die Lötstoppbarriere bereits beim Aufschmelzen übersteigt und ungehindert zwischen den Kapillarflächen der Kupfer-Wellrippe angesaugt wird. Eine wirkungsvolle Lötstoppbarriere kann beispielweise mit einem Filzstift erzielt werden. Durch die Lötstoppbarriere kann das Weichlötmittel die jeweiligen Kapillarflächen nur bis zur Lötstoppbarriere benetzen. Mit anderen Worten legt der Abstand der Lötstoppbarriere zu der zu verlötenden Verbindungskante die maximal mögliche Eindringtiefe der jeweiligen Kapillarfläche in das verflüssigte Weichlötmittel fest. Es versteht sich jedoch, dass die maximal mögliche Eindringtiefe nicht immer erreicht wird oder erreicht werden muss. Durch die Lötstoppbarriere kann das Ansaugen des Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippe wirksam verhindert werden. Das Auftragen der Lötstoppbarriere ist jedoch bei der flachen Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls nicht zwingend notwendig, da in dem erfindungsgemäßen Verfahren erfahrungsgemäß das Ansaugen des Weichlötmittels nur in Ausnahmefällen mit einer Wahrscheinlichkeit unter 10% stattfindet.
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Vorteilhafterweise kann in dem Verfahren die Weichlotschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,15 mm und 0,25 mm, verwendet werden. Die Weichlotschicht kann dabei durch ein Auftragen einer Weichlotpaste oder durch ein Anlegen einer Weichlotfolie auf die Wandung gebildet werden. Die Dicke der Weichlotschicht entspricht dann jeweils einer Dicke der aufgetragenen aufgeschmolzenen Weichlotpaste oder einer Dicke der angelegten nicht aufgeschmolzenen Weichlotfolie. Die Dicke der Weichlotschicht bestimmt dabei im Wesentlichen die Eindringtiefe der jeweiligen Kapillarfläche in das cerflüssigte Weichlötmittel beim Verlöten. Ist die Dicke der Weichlotschicht zu klein, so können einige der jeweiligen Kapillarflächen nicht oder nicht vollständig an die Wandung angebunden werden. Ist die Dicke der Weichlotschicht zu groß, so kann das Weichlötmittel seitlich aus der Kupfer-Wellrippe herauslaufen und an der Kupfer-Wellrippe verklumpen. In dem Verfahren kann das Weichlötmittel aus Zinn-Silber-Kupfer-Mischung oder Zinn-Kupfer-Mischung oder Zinn-Blei-Mischung oder Zinn-Bismut-Mischung verwendet werden. Die Weichlötmittel sind dem Fachmann bekannt. Die Wandung kann dabei aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung wie beispielsweise Messing oder aus verzinntem Stahlblech - dem sogenannten Weißblech - oder aus verkupfertem Stahlblech sein. Die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe kann aus einer zickzackartig oder mäanderartig gefalteten oder plissierten Kupferfolie hergestellt werden. Die Kupfer-Wellrippe kann mit Zinn beschichtet sein.
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Um den Kontakt der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der Weichlotschicht sicherzustellen, kann beim Verlöten der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe diese an die Wandung angepresst werden. Vorteilhafterweise können in dem Verfahren vor dem Verlöten auf der Weichlotschicht mehrere Kupfer-Wellrippen angeordnet werden. Die Kupfer-Wellrippen werden dabei vorzugsweise in einem Abstand kleiner 2 mm, vorzugsweise gleich 1 mm, zueinander auf der Weichlotschicht angeordnet.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel zu dem oben beschriebenen Verfahren angegeben. In dem Verfahren werden zum Herstellen des Kapillarbereichs mehrere Kupfer-Wellrippen mit der Wandung aus verzinntem Stahlblech - dem sogenannten Weißblech - verlötet. Die Wandung ist dabei 0,6 mm und die Zinn-Schicht ist 1,5 µm dick. Als Weichlötmittel wird Zinn(1)-Silber(3)-Kupfer(0,5)-Mischung (bekannt als SAC305) verwendet. Das Weichlötmittel ist als eine Weichlotfolie mit einer Dicke von 0,2 mm ausgeführt. Die jeweiligen Kupfer-Wellrippen sind aus einer 0,03 mm dicken Kupferfolie gefaltet und sind jeweils 50 mm lang, 9 mm breit und 16 mm hoch. Die Rippendichte beträgt 28 Rippen pro 1 cm. Die jeweilige einzelne Kapillarfläche in der Kupfer-Wellrippe ist entsprechend 0,03 mm dick, 16 mm hoch und 9 mm breit. In dem Verfahren werden dann die Weichlotschicht an der Wandung und dann die jeweiligen Kupfer-Wellrippen mit der jeweiligen Verbindungskante an dieser in einem Abstand von 1 mm zueinander angeordnet. Die Kupfer-Wellrippen werden dann mit einer Kraft von ca. 8 N an die Wandung angepresst und bei 245 °C sechs Minuten unter der Argon-Schutzatmosphäre angelötet. Dabei ergeben sich die Eindringtiefen der Kapillarflächen in die Weichlotschicht von etwa 70 µm, was für das stoffschlüssige und wärmeübertragende Anbinden der Kupfer-Wellrippe an die Wandung erfahrungsgemäß ausreicht. Die Kupfer-Wellrippen saugen dabei das Weichlötmittel zwischen den Kapillarflächen nicht - beziehungsweise nur in vernachlässigbar kleiner Anzahl der Fälle - an und bleiben in dem hergestellten Kapillarbereich für das Arbeitsmittel großflächig zugänglich. Wird zusätzlich eine Lötstoppbarriere auf die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe aufgetragen, so kann die Wahrscheinlichkeit eines Ansaugens des verflüssigten Weichlötmittels in die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe weiter reduziert werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Kapillarbereichs für ein alternativ ausgestaltetes Sorptionswärmeübertragungsmodul. Dabei ist der Kapillarbereich aus wenigstens einer Kupfer-Wellrippe und aus einer Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls gebildet. Die Wandung weist einen Krümmungsradius auf. Die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe weist mehrere benachbarte Kapillarflächen auf, die an gegenüberliegenden Seiten der Kupfer-Wellrippe jeweils eine zickzackartige oder mäanderartige Verbindungskante der Kupfer-Wellrippe bilden. Das gattungsgemäße Verfahren umfasst ein Anordnen einer Weichlotschicht an der Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls; ein Anordnen der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der einen zu verlötenden Verbindungskante an der Weichlotschicht; und ein Verlöten der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der Wandung über die Weichlotschicht. Erfindungsgemäß werden zum Verlöten die aus einem Weichlötmittel bestehende Weichlotschicht und ein Flussmittel verwendet und vor dem Verlöten wird auf die jeweilige Kapillarfläche eine strichartige Lötstoppbarriere zu der zu verlötenden Verbindungskante parallel aufgetragen. Das Aufbringen einer Lötstoppbarriere ist bei der gekrümmten Wandung des Sorptionswärmeübertragungsmoduls notwendig, um das Ansaugen des Weichlötmittels in die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe zu minimieren oder gar zu verhindern. Vorteilhafterweise kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe an die Wandung sicher stoffschlüssig und wärmeübertragend angebunden werden als auch das Ansaugen des Weichlötmittels in die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe sicher verhindert werden. In diesem Verfahren wird im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren die Kupfer-Wellrippe an der gekrümmten Wandung angebunden. Dabei wird in dem hier beschrieben Verfahren das Flussmittel verwendet, um ein Abfließen des verflüssigten Weichlötmittels über einen Freiraum bzw. Spalt zwischen der im Wesentlichen in einer Ebene zickzackartig oder mäanderartig verlaufenden Verbindungskante der Kupfer-Wellrippe und der gekrümmten Wandung zu minimieren oder vollständig zu verhindern.
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Vorteilhafterweise kann die Lötstoppbarriere zu der zu verlötenden Verbindungskante in einem Abstand kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0,5 mm, und größer, wenigstens 0,05 mm größer, als eine Dicke der Weichlotschicht aufgetragen werden. Die Dicke der Weichlotschicht kann sich dabei sowohl auf eine Dicke der nicht aufgeschmolzenen als auch auf eine Dicke der aufgeschmolzenen Weichlotschicht beziehen. Vorteilhafterweise kann das Verlöten unter einer Schutzatmosphäre mit einem reduzierten Sauerstoffgehalt erfolgen. Dabei kann beispielweise Vakuum oder eine Argon-Schutzatmosphäre verwendet werden. Vorteilhafterweise kann in dem Verfahren die Weichlotschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,15 mm und 0,25 mm, verwendet werden. Die Weichlotschicht kann dabei durch ein Auftragen einer Weichlotpaste oder durch ein Anlegen einer Weichlotfolie auf die Wandung gebildet werden. Die Dicke der Weichlotschicht entspricht dann jeweils einer Dicke der aufgetragenen aufgeschmolzenen Weichlotpaste oder einer Dicke der angelegten nicht aufgeschmolzenen Weichlotfolie. In dem Verfahren kann das Weichlötmittel aus Zinn-Silber-Kupfer-Mischung oder Zinn-Kupfer-Mischung oder Zinn-Blei-Mischung oder Zinn-Bismut-Mischung verwendet werden. Das Flussmittel kann vor dem Verlöten beispielweise einseitig oder beidseitig an der Weichlotschicht oder an die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe aufgetragen werden. Die Wandung kann aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung wie beispielsweise Messing oder aus verzinntem Stahlblech - dem sogenannten Weißblech - oder aus verkupfertem Stahlblech sein. Es kann mit Zinn beschichtete Kupfer-Wellrippe verwendet werden.
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Um den Kontakt der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe mit der Weichlotschicht sicherzustellen, kann beim Verlöten der wenigstens einen Kupfer-Wellrippe diese an die Wandung angepresst werden. Die wenigstens eine Kupfer-Wellrippe kann aus einer zickzackartig oder mäanderartig gefalteten oder plissierten Kupferfolie hergestellt werden. Vorteilhafterweise können in dem Verfahren vor dem Verlöten auf der Weichlotschicht mehrere Kupfer-Wellrippen angeordnet werden. Die Kupfer-Wellrippen werden dabei vorzugsweise in einem Abstand kleiner 2 mm, vorzugsweise gleich 1 mm, zueinander auf der Weichlotschicht angeordnet.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel zu dem oben beschriebenen Verfahren angegeben. In dem Verfahren werden zum Herstellen des Kapillarbereichs mehrere Kupfer-Wellrippen mit der gekrümmten Wandung verlötet. Die Wandung ist durch einen verzinnten Stahlblechzylinder bzw. einen Weißblechzylinder gebildet. Die Wandung ist 0,6 mm dick und weist eine Zinn-Schicht von 1,5 µm. Als Weichlötmittel wird eine Zinn(1)-Silber(3)-Kupfer(0,5)-Mischung (bekannt als SAC305) verwendet. Das Weichlötmittel ist als eine Weichlotfolie mit einer Dicke von 0,2 mm ausgeführt. Die Weichlotfolie wird vor dem Verlöten den jeweiligen Kupfer-Wellrippen zugewandt einseitig mit einem Flussmittel bestrichen. Die jeweiligen Kupfer-Wellrippen sind jeweils aus einer 0,03 mm dicken Kupferfolie gefaltet. Die jeweilige Kupfer-Wellrippe ist 50 mm lang, 16 mm hoch und 9 mm breit. Die jeweilige einzelne Kapillarfläche in der Kupfer-Wellrippe ist dann entsprechend 0,03 mm dick, 9 mm lang und 16 mm hoch. Die Rippendichte beträgt 28 Rippen pro 1 cm. Auf die jeweiligen Kapillarflächen ist jeweils eine Lötstoppbarriere mit einem Filzstift aufgetragen, die einen Abstand von 0,5 mm zu der zu verlötenden Verbindungskante aufweist. In dem Verfahren werden dann die Weichlotschicht an der Wandung und dann die jeweiligen Kupfer-Wellrippen mit der jeweiligen zu verlötenden Verbindungskante in einem Abstand 1 mm zueinander an dieser angeordnet. Die Kupfer-Wellrippen werden dann mit einer Kraft von ca. 8 N an die Wandung angepresst und bei 245 °C sechs Minuten unter einer Argon-Schutzatmosphäre angelötet. Die Eindringtiefen der jeweiligen Kapillarflächen in die Weichlotschicht liegen bei etwa 50 µm, was für das stoffschlüssige und wärmeübertragende Anbinden der Kapillarflächen an die Wandung erfahrungsgemäß ausreicht. Dabei saugen die Kupfer-Wellrippen das Weichlötmittel nicht an und sind in dem hergestellten Kapillarbereich für das Arbeitsmittel großflächig zugänglich.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht eines Kapillarbereichs mit einer flachen Wandung, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;
- 2 und 3 Schnittansichten des Kapillarbereichs nach 1 mit aufrechtstehenden und hängenden Kapillarflächen;
- 4 eine Ansicht eines Kapillarbereichs mit einer gekrümmten Wandung, der in einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;
- 5 eine teilweise Schnittansicht des Kapillarbereichs aus 4.
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1 zeigt eine Ansicht eines Kapillarbereichs 1 für ein Sorptionswärmeübertragungsmodul, der in einem erfindungsgemäßen Verfahren 2a hergestellt wurde. Der Kapillarbereich 1 ist dabei aus zwei Kupfer-Wellrippen 3 mit jeweils mehreren benachbarten Kapillarflächen 4 und einer flachen Wandung 5a gebildet. Die Kupfer-Wellrippen 3 sind über eine Weichlotschicht 6 in dem Verfahren 2a an die Wandung 5a stoffschlüssig und wärmeübertragend angebunden. In dem Verfahren 2a wird dabei die Weichlotschicht 6 an der Wandung 5a und an dieser die Kupfer-Wellrippen 3 angeordnet. Dabei werden die Kupfer-Wellrippen 3 mit zu verlötenden - hier zickzackartigen - Verbindungskante 7 an der Weichlotschicht 6 anliegend angeordnet, so dass die Kapillarflächen 4 von der Wandung 5a senkrecht abstehen. Dann werden die beiden Kupfer-Wellrippen 3 mit der Wandung 5a über die Weichlotschicht 6 verlötet. Die Weichlotschicht 6 besteht ausschließlich aus einem Weichlötmittel und das Verlöten erfolgt unter einer Schutzatmosphäre mit einem reduzierten Sauerstoffgehalt.
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2 zeigt eine Schnittansicht des Kapillarbereichs 1 nach 1 bei oder nach dem Verlöten, wobei in dem Verfahren 2a beim Anordnen der Kupfer-Wellrippen 3 an der Weichlotschicht 6 die jeweiligen Kapillarflächen 4 unter Bezug auf die Erdanziehungskraft F aufrechtstehend angeordnet wurden. Die in 2 gezeigte Schnittebene entspricht dabei der in 1 gezeigten Schnittebene I-I. Beim Verlöten verflüssigt sich das Weichlötmittel der Weichlotschicht 6 und zwischen dem verflüssigten Weichlötmittel und den jeweiligen Kapillarflächen 4 stellt sich ein Kontaktwinkel α ein. Der Kontaktwinkel α liegt zwischen 80° und 110° und insbesondere zwischen 90° und 100°. 3 zeigt eine Schnittansicht des Kapillarbereichs 1 nach 1 bei oder nach dem Verlöten, wobei in dem Verfahren 2a beim Anordnen der Kupfer-Wellrippen 3 an der Weichlotschicht 6 die jeweiligen Kapillarflächen 4 unter Bezug auf die Erdanziehungskraft F hängend angeordnet wurden. Die in 3 gezeigte Schnittebene entspricht dabei der in 1 gezeigten Schnittebene I-I. Beim Verlöten verflüssigt sich das Weichlötmittel der Weichlotschicht 6 und zwischen dem verflüssigten Weichlötmittel und den jeweiligen Kapillarflächen 4 stellt sich der Kontaktwinkel α ein. Der Kontaktwinkel α liegt hier zwischen 60° und 90° und insbesondere zwischen 70° und 80°. Durch den eingestellten Kontaktwinkel α kann vorteilhafterweise in beiden Fällen das Ansaugen des Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippe 3 zwischen den benachbarten Kapillarflächen 4 sicher verhindert werden.
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Der Unterschied zwischen den Kontaktwinkeln α bei den aufrechtstehenden Kapillarflächen 4 nach 2 und bei den hängenden Kapillarflächen 4 nach 3 ergibt sich durch die Wirkung der Erdanziehungskraft F. Nach einer gängigen Definition benetzt das Weichlötmittel die jeweiligen Kapillarflächen 4 bei den genannten Kontaktwinkeln α nicht. Vorteilhafterweise ist jedoch die bei diesen Kontaktwinkeln α erreichte Eindringtiefe der Kapillarflächen 4 in das verflüssigte Weichlötmittel ausreichend und die Kupfer-Wellrippe 3 wird in beiden Fällen stoffschlüssig und wärmeübertragend an die Wandung 5a angebunden.
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4 zeigt eine Ansicht eines Kapillarbereichs 1 für ein Sorptionswärmeübertragungsmodul, der in einem abweichenden erfindungsgemäßen Verfahren 2b hergestellt wurde. Der Kapillarbereich 1 ist dabei aus zwei Kupfer-Wellrippen 3 mit jeweils mehreren benachbarten Kapillarflächen 4 und einer gekrümmten Wandung 5b gebildet. Die Kupfer-Wellrippen 3 sind über eine Weichlotschicht 6 in dem Verfahren 2b an die Wandung 5b stoffschlüssig und wärmeübertragend angebunden. In dem Verfahren 2b werden die Weichlotschicht 6 an der Wandung 5b und an dieser die Kupfer-Wellrippen 3 angeordnet. Dabei werden die Kupfer-Wellrippen 3 jeweils mit einer zu verlötenden - hier zickzackartigen - Verbindungskante 7 an der Weichlotschicht 6 angeordnet. Die Kapillarflächen 4 sind dabei von der Wandung 5b radial nach innen gerichtet und liegen an dieser aufgrund ihrer Krümmung bereichsweise an. Die beiden Kupfer-Wellrippen 3 werden mit der Wandung 5b über die Weichlotschicht 6 aus einem Weichlötmittel und über ein Flussmittel - hier nicht gezeigt - verlötet. Um beim Verlöten ein Ansaugen des verflüssigten Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippen 3 zu verhindern, wird zudem auf die jeweiligen Kapillarflächen 4 eine strichartige Lötstoppbarriere 8 - siehe hierzu 5 - parallel zu der zu verlötenden Verbindungskante 7 aufgetragen.
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5 zeigt nun eine teilweise Schnittansicht des Kapillarbereichs 1 aus 4. Die in 5 gezeigte Ansichtsebene entspricht dabei der in 4 gezeigten Ansichtsebene II-II. Wie hier gezeigt ist, ist auf die Kapillarflächen 4 - hier nur eine zu sehen - parallel zu der zu verlötenden Verbindungskante 7 die Lötstoppbarriere 8 aufgetragen. Beim Verlöten kann dann das verflüssigte Weichlötmittel der Weichlotschicht 6 die jeweilige Kapillarfläche 4 nur bis zu der Lötstoppbarriere 8 benetzen, wodurch ein Ansaugen des Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippe 3 - also zwischen den Kapillarflächen 4 - sicher verhindert wird. In 5 ist der Kapillarbereich 1 vor dem Verlöten gezeigt, wobei zwischen der zu verlötenden Verbindungskante 7 der Kupfer-Wellrippe 3 und der Wandung 5b ein Reservoir 9 gebildet ist. Dieser ist hier zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt. In dem Verfahren 2b verhindert die Lötstoppbarriere 8 zu starke Benetzung der Kapillarfläche 4 und das Flussmittel sorgt zusätzlich dafür, dass das Weichlötmittel in dem Reservoir 9 verbleibt und innerhalb des Reservoirs 9 die Kapillarflächen 4 an die Wandung 5b anbindet. Dadurch kann die Kupfer-Wellrippe 3 sicher an die Wandung 5b angebunden werden und das Ansaugen des Weichlötmittels in die Kupfer-Wellrippe 3 - also zwischen den Kapillarflächen 4 - sicher verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/011102 A2 [0003]
- EP 1918668 B1 [0003]
- WO 2016/091628 A1 [0003]
