DE4130976A1

DE4130976A1 - Heat-pipe

Info

Publication number: DE4130976A1
Application number: DE19914130976
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: SIPPEL RUDOLF 7778 MARKDORF DE
Current assignee: SIPPEL RUDOLF 7778 MARKDORF DE
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-25

Description

Heat-Pipes nach dem Stand der Technik bestehen aus stranggepreßten Me tallprofilen, insbesondere aus Aluminium. In der Raumfahrt werden sie bevor zugt in oder auf Sandwichpaneele geschraubt oder geklebt, um die von ein zelnen Geräten erzeugte Wärme gleichmäßig über das ganze Paneel zu ver teilen. Dabei traten bisher keine Schwierigkeiten auf, weil das Paneel aus einem Sandwichbauteil mit Aluminium-Deckschichten und Aluminium-Wabe bestand, und somit bei Temperaturänderungen (typisches Temperaturinter vall: -50°C bis +80°C) keine Spannungen zwischen der Heat-Pipe und dem Sandwichbauteil entstanden.

Für zukünftige Satellitenstrukturen sind jedoch aus Gründen der Gewichtser sparnis zunehmend Sandwichpaneele mit Deckschichten aus CFK (kohlen stoffaserverstärkter Kunststoff) vorgesehen. Der Wärmeausdehnungskoeffi zient (WAK) eines solchen Paneels liegt in der Regel zwischen 1 bis 3 · 10^-6 K^-1, während der WAK von Aluminium 24 × 10^-6 K^-1 beträgt. Aufgrund dieser großen Differenz entstehen Spannungen zwischen der Neat-Pipe und der Paneelstruktur, die zu erheblichen Deformationen und auch zur Zerstörung des Paneels führen können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Heat-Pipe zu schaf fen, die auch bei der Verwendung von CFK-Paneelen angewendet werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Heat-Pipe nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestal tungen der Erfindung sind Gegenstände von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß besteht die Heat-Pipe aus einem Verbund aus Aluminium und einem Faserverbundmaterial. Das Innenprofil besteht dabei wie bei den bekannten Heat-Pipes aus Aluminium, da die bekannten vorteilhaften Eigen schaffen des Aluminiums bezüglich Wärmeleitung, chemischer Resistenz und seiner Eignung zur Herstellung der notwendiger Kapillarstruktur des Innen profils genutzt werden sollen.

Durch Kombination des Aluminium-Innenprofils mit hochsteifem Faserver bundmaterial mit niedrigem bzw. negativem WAK wird eine Reduzierung des WAK der Heat-Pipe erreicht.

Dabei können Faserverbundstränge in Hohlräume des Aluminium-Innenpro fils eingezogen werden oder in taschenähnliche Vertiefungen an der Außen seite eingelegt werden, wobei die Hohlräume vorteilhaft parallel zur Heat- Pipe-Achse verlaufen. Auch eine direkte Einbettung der Fasern in das Alumi nium, das heißt Aluminium bildet das Matrixmaterial des Faserverbundmateri als, ist möglich.

Bei einem Faserverbundanteil von ca. 30% wird je nach verwendeter Faser bereits ein WAK unter 5 · 10^-6 K^-1 erreicht, also sehr nahe bei dem WAK des CFK-Paneels.

Es ist sowohl eine Fertigung in einem Schuß möglich, das heißt Aluminium- Profil und Fasern/Faserverbundmaterial werden in einem Arbeitsgang (z. B. Strangziehen/pressen) hergestellt, als auch eine nachträgliche An-/Einbrin gung des Faserverbundwerkstoffs.

Als Fasern eignen sich alle bekannten Kohlefaser-Typen, besonders aber hochsteife mit geringem WAK, beispielsweise die Fasertypen M40, P75S, B100, B120.

Als Matrixmaterial eignen sich, abhängig vom vorgesehenen Temperaturbe reich, insbesondere Aluminium, Epoxyharz, Polyimid, PEEK (Poly-Ether-Et her-Keton) oder ähnliches.

Ausführungen der Erfindung werden anhand von Figuren beschrieben. Die Fig. 1 bis 4 zeigen Querschnitte erfindungsgemäßer Heat-Pipes, jeweils senkrecht zur Heat-Pipe-Achse. Das Faserverbundmaterial ist dunkel, das Aluminium hell gerastert eingezeichnet. Allen abgebildeten Heat-Pipes ist gemeinsam, daß sie sich aus dem Verbund einzelner Materialbereiche aus Aluminium bzw. Faserverbundmaterial zu der Gesamtstruktur ergeben. Der Querschnitt senkrecht zur Heat-Pipe-Achse bleibt entlang dieser Achse unverändert.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer Heat-Pipe, bei der das Faserverbundmateri al 2 in Hohlräumen innerhalb des Aluminiums 1, daß auch das Innenprofil 10 bildet, angeordnet sind. Die Faserbündel sind dabei bevorzugt unidirektional in Richtung der Heat-Pipe-Achse laminiert. Der Ausdruck Hohlraum ist so zu verstehen, daß die Bereiche aus Faserverbundmaterial jeweils über deren gesamten Umfang von Aluminium umschlossen sind.

Im Falle der Fig. 2 ist das Faserverbundmaterial 2 in rillenartige Vertiefungen im Aluminium 1 eingelagert. Die Faserbündel sind bevorzugt unidirektional in Richtung der Heat-Pipe-Achse laminiert. Der Begriff Vertiefung bedeutet, daß die Bereiche aus Faserverbundmaterial 2 jeweils in Verbindung mit dem Außenraum stehen.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt einer Heat-Pipe, bei der das Aluminium 1 vom Faserverbundmaterial 2 ummantelt ist. Das Faserverbundmaterial 2 ist bevor zugt multidirektional laminiert.

Im Gegensatz zu den Fig. 1 bis 3, bei denen das Matrixmaterial bevorzugt ein anderer Stoff als Aluminium ist, zeigt Fig. 4 eine Heat-Pipe, bei der als Matrix material des Verbundwerkstoffs Aluminium gewählt ist.

Das Aluminium 1, welches das Innenprofil 10 bildet, ist vom Faserverbund material 2 umgeben. Im Gegensatz zu Fig. 3 handelt es sich hier nicht um eine bloße Ummantelung des Aluminiums 1, sondern das Faserverbundmate rial 2 liegt hier in Form eines Volumenmaterials vor.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit besitzen sämtliche abgebildeten Heat- Pipes einen quadratischen Querschnitt. Der erfindungsgemäße Aufbau ist aber selbstverständlich nicht auf solche Querschnittsformen beschränkt, viel mehr sind beliebige Querschnittsformen möglich.

Claims

1. Heat-Pipe, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Verbund aus Aluminium (1) und einem Faserverbundmaterial (2) besteht, wobei ihr Innenprofil (10) aus Aluminium gebildet ist.

2. Heat-Pipe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium (1) vom Faserverbundmaterial (2) ummantelt ist.

3. Heat-Pipe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverbundmaterial (2) in Vertiefungen des Aluminiums (1) einge lagert ist.

4. Heat-Pipe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverbundmaterial (2) in Hohlräume des Aluminiums (1) einge lagert ist.

5. Heat-Pipe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen oder Hohlräume parallel zur Heat-Pipe-Achse verlau fen.

6. Heat-Pipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Faserverbundmaterial (2) unidirektional parallel zur Heat-Pipe-Achse laminiert ist.

7. Heat-Pipe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Faserverbundmaterial (2) multidirektional laminiert ist.

8. Heat-Pipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Matrixmaterial des Faserverbundmaterials (2) Aluminium ist.