DE3433984C2

DE3433984C2 - Wärmerohr aus Aluminium oder Stahl

Info

Publication number: DE3433984C2
Application number: DE3433984A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7053 Kernen Bährle; Helmut Dr. 7758 Meersburg Kreeb; Helmut Dipl.-Ing. 7302 Ostfildern Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-09-15
Filing date: 1984-09-15
Publication date: 1986-07-24
Also published as: DE3433984A1; JPH0534597B2; US4773476A; NL8502210A; FR2570482A1; FR2570482B1; JPS6176883A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr aus Aluminium oder aus Stahl. Um es beständig gegen Wasser als Wärmeträgermedium zu machen, ist das Wärmerohr innenseitig allseits mit einem vollständig geschlossenen flüssigkeitsdichten Überzug aus einem wasserbeständigen Metall, insbesondere aus Kupfer und/oder Nickel versehen. Auch ein Überzug aus Hartlot-Material ist möglich. Die Überzugsstärke beträgt etwa 10-30 μm, vorzugsweise 20-25 μm. Die Einzelteile des Wärmerohres sind vor dem Verlöten jeweils für sich vollständig bis in den Fugenbereich hinein mit den genannten Materialien überzogen.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr aus Aluminium oder Stahl nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Wärmerohre unter Verwendung der Materialien Aluminium oder Stahl, insbesondere rostfreiem Stahl, sind bekannt.

Es ist auch bekannt, daß bei gleichzeitiger Verwendung von Wasser als Wärmeübertragungsmittel Verträglichkeitsprobleme mit dem Material des Wärmerohrkörpers auftreten, siehe dazu »Heat Pipes«, 2nd Edition, P. D. Dunn und D. A. Reay, Pergamon Press, Oxford, 1978, Seite 115 ff.

Zwar ist normalerweise Aluminium korrosionsbeständig gegen Wasser, jedoch nur, solange eine geschlossene Aluminiumoxidschicht vorhanden ist. Wegen der Sprödigkeit dieser Schicht treten jedoch Haarrisse bei thermischer Beanspruchung von Wärmerohren auf, so daß Wasser gleichwohl unmittelbar Zutritt zum Aluminium haben kann und mit ihm ein Hydroxyd bildet. Deswegen wird beim Versuch, ein Aluminium-Wärmerohr mit Wasser als Wärmeträgermedium zu betreiben, dieses nach wenigen Betriebsstunden zumindest an sehr kleinen Stellen zerfressen, so daß das Vakuum im Inneren des Wärmerohres zusammenbricht und dessen Wirkung verloren geht. Ähnliche Erscheinungen treten auch bei Stahl auf, der bekanntermaßen ohnehin nicht korrosionsbeständig gegen Wasser ist. Jedoch auch sogenannter rostfreier Stahl ist bei der Verwendung als Wärmerohr und mit Wasser als Wärmeträgermedium nicht beständig, weil in der Verdampfungszone des Wärmerohres laufend eine thermische Desoxydation erfolgt und somit ein Sauerstoffmangel zur Bildung einer Passivierungsschicht herrscht Auch Wärmerohre aus rostfreiem Stahl werden beim Betrieb mit Wasser als Wärmeträgermedium nach relativ kurzer Zeit zerfressen.

Man hat demgemäß Wärmerohre aus den oben genannten Werkstoffen nur mit anderen Flüssigkeiten als Wärmeträgermedium verwendet Insbesondere wurden Fluor-Kohlenwasserstoffe verwendet die jedoch relativ teuer sind und bei denen die thermische Leistungsfähigkeit des Wärmerohres wesentlich geringer ist als bei Verwendung von Wasser.

Aufgabe der Erfindung ist es, Wärmerohre aus Aluminium oder aus Stahl dahingehend auszugestalten, daß sie mit Wasser als Wärrneträgermedium zeitlich unbeschränkt und ohne Wirkungseinbuße betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst Dank des vollständigen und mikro-porenfreien und rißfreien metallischen Innenüberzuges, insbesondere aus Kupfer oder Nickel, wird das Aluminium-Wärmerohr bzw. das Stahlwärmerohr beständig gegen Wasser, wobei jedoch sichergestellt sein muß, daß an keiner einzigen Stelle der inneren Oberfläche der Überzug einen Riß oder eine Pore aufweist; insbesondere im Nahtbereich von Fügeteilen des Wärmerohres muß der Überzug beschädigungsfr«! durchlaufen. Hierzu ist eine Beschichtung in der Größenordnung von mindestens ΙΟμπι, vorzugsweise von 20 bis 25 μπι nötig. Der geschilderte Überzug erfüllt sämtliche nachfolgenden Forderungen: Mit den heutigen Plattierungs- bzw. Beschichtungsmethoden lassen sich Kupfer oder Nickel thermisch innig und gut wärmeleitend mit dem Grundwerkstoff wie z. B. mit Aluminium oder mit Stahl verbinden, so daß an der Übergangsstelle zum grundwerkstoff ein nur sehr kleiner Temperatursprung auftritt. Außerdem lassen sich diese Materialien porendicht und vakuumbeständig aufbringen. Auch sehr dünne Beschichtungen in der oben erwähnten Größenordnung sind möglich, wodurch nur ein geringer Temperaturabfall aufgrund der Wandstärkezunahme eintritt. Die Beschichtung selber ist elastisch und kann spannungs- und rißfrei die unvermeidlichen Temperaturdehnungen des Aluminium- bzw. Stahl-Wärmerohres ohne weiteres mitmachen. Auch komplizierte innere Formen können auf diese Weise ohne weiteres und entsprechend den geschilderten Forderungen beschichtet werden. Die genannten Überzugs-Werkstoffe sind auch beim Betrieb als Wärmerohr beständig gegenüber Wasser und sind auch von Wasser gut benetzbar. Außerdem sind die Überzugswerkstoffe selber verträglich mit den Grundwerkstoffen und bilden mit ihnen zusammen keine korrosiv wirkenden Elemente.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Wärmerohr,

F i g. 2 einen Querschnitt durch das Wärmerohr nach Fig. 1.

F i g. 3 eine vergrößerte Einzeldarstellung der Einzelheit III aus F i g. 1 vor dem Zusammenlöten der Einzelteile und

Fig.4 die gleiche Einzelheit wie in Fig.3, jedoch in zusammengelötetem Zustand.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Wärmerohr 1 besteht im wesentlichen aus einem durch Strangpressen

hergestellten Rohrteil 2 aus Aluminium, welches auf der Innenseite eine durch Längsrillen geschaffene Kapillarstruktur 3 aufweist. Die Stirnseiten des Rohrteiles 2 sind durch aufgelötete Endkappen 4 bzw. 4' verschlossen, wobei in die Endkappe 4' noch eine Füllkanüle 5 eingelötet ist Durch diese Füllkanüle hindurch wird das Innere des Wärmerohrs evakuiert; zugleich wird das Wärmeträgermedium durch sie hindurch eingespritzt. Anschließend wi:"d die Füllkanüle abgequetscht und hermetisch zugeschweißt to

Wie die vergrößerten Darstellungen nach den F i g. 3 und 4 zeigen, ist die Innenseite des Wärmerohres allseits mit einem vollständig geschlossenen flüssigkeitsdichten Überzug 6 aus einem wasserbeständigen Metall, beispielsweise aus Kupfer oder aus Nickel cder aus einer !5 Legierung aus diesen beiden Stoffen versehen. Die Überzugsstärke 5 beträgt etwa 10—30 μΐη vorzugsweise 20—25 μΐη, um einerseits eine ausreichend große Überzugsstärke für einen porenfreien Überzug zu gewährleisten, um aber andererseits die Wandstärke und das Gewicht des Wärmerohres möglichst wenig zu vergrößern. Der Überzug kann auf chemische Veise oder auch galvanisch aufgebracht werden. Auch ein Druckplattieren oder ein Lötplattieren unter Verwendung entsprechend geformter dünner Metallfolien ist möglieh. Insbesondere bei der Lötplattierung wird man als Überzugsmaterial auch ein Hartlotmaterial verwenden, welches ohne weiteres ebenfalls geeignet ist.

Um sicherzustellen, daß der Überzug sich porenfrei auch bis in den Bereich von Lötfugen erstreckt, werden die zu verlötenden Einzelteile des Wärmerohres vor dem Verlöten jeweils für sich vollständig bis in den Bereich der Lötfuge 10 hinein mit dem Überzug versehen, wie dies insbesondere F i g. 3 deutlich zeigt. Zweckmäßig ist es, den Überzug über die ganze Breite B der Lötfuge hinweg sich erstrecken zu lassen, um sicherzustellen, daß für den Fall, daß das Lot 7 selber die Lötfuge 10 nicht vollständig ausfüllen sollte, gleichwohl die vom Inneren benetzbare Oberfläche der Fuge mit Überzug 6 versehen ist. Und zwar werden die Einzelteile des Warmerohres nach ihrer mechanischen Bearbeitung zum maßgenauen Zusammenpassen der Einzelteile mit dem Überzug versehen, so daß der Überzug nicht durch eine spanabhebende Bearbeitung wieder teilweise abgetragen wird.

Nicht nur der Rohrteil 2 des Wärmerohres wird auf solche Art mit dem Überzug 6 versehen, sondern beispielsweise auch die Endkappen 4 und 4'. Beispielsweise wird auch die die Einfüllkanüle 5 tragende Endkappe 4' im Bereich der Bohrung 8 für die Einfüllkanüle mit Überzug 6 versehen. Auf ein solches Überziehen der Endkappen könnte allenfalls dann verzichtet werden, wenn diese vollständig aus Kupfer oder Nickel bestünden.

Nachdem für die Einfüllkanüle 5 meist ein kleines Kupferrohr verwendet wird, braucht diese nicht mit einem entsprechenden Material überzogen zu werden, was für derart kleine Teile auch zweckmäßig ist.

Zwar zeigen die F i g. 1 und 2 lediglich ein im Strangpreßverfahren hergestelltes Wärmerohr in Rundform, jedoch sind auch völlig anders gestaltete Wärmerohrformen, sei es als Strangpreßprofil, sei es als geblähter Teilverbundschichtkörper, denkbar. Beliebt sind beispielsweise rechteckförmige Strangpreßprofile, die zur Aussteifung mit !ängsverlaufenden Zwischenstegen versehen sind. An der Außenseite können im Schälverfahren angebrachte Kühli ippen vorgesehen sein. Bei derartigen rechteckförmigen Wärmerohren stellen die Endkappen lediglich schmale Metallstreifen dar, die unmittelbar aus Kupfer gebildet sein können, so daß ein gesonderter Überzug hier entfallen kann. Bei den geblähten Teilverbundschichtkörpern entfallen Endkappen; hier ist lediglich eine Einfüllkanüle erforderlich, die — wie erwähnt — ebenfalls gleich aus Kupfer bestehen kann.

Wie erwähnt, können auf die geschilderte Weise nicht nur Aluminium-Wärmerohre beständig gegen Wasser gemacht werden, sondern auch Wärmerohre aus Stahl, so daß sogar auf den teueren rostfreien Stahl gani verzichtet und der billigere normale Stahl verwendet werden kann, sofern dies von den Einsatzbedingungen des Wärmerohres her zulässig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Evakuiertes und zu einem Bruchteil mit Wasser als flüssigem Wärmeträgermedium befülltes Warmerohr aus Aluminium oder aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (1) innenseitig allseits mit einem vollständig geschlossenen flüssigkeitsdichten Überzug (6) aus einem wasserbeständigen Metall versehen ist.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug (6) aus Kupfer und/oder aus Nickel besteht

3. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug (6) aus einem Hartlot-Material besteht

4. Wärmerohr nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (6) etwa 10—30 μπι stark ist (Maß s).

5. Wärme^rohr nach einem der Ansprüche 1—4, bestehend aas miteinander verlöteten Einzelteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile (2,4,4') vor dem Verlöten für sich vollständig bis in den Bereich der Lötfuge (10) hinein mit dem Überzug (6) versehen sind.

6. Wärmerohr nachAnspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (6) sich über den ganzen Breitenbereich (B) der Lötfuge (10) erstreckt.

7. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Anlötteile (5) des Wärmerohres (1) wie Füllkanüle (5) und Endkappen (4,4'), vollständig aus dem Werkstoff des Überzuges (6), vorzugsweise aus Kupfer bestehen.