WO2008146129A2 - Eine flache heatpipe (wärmeleitrohr) und kühlkörper, welche diese verwenden - Google Patents

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Definitions

  • Base plate to be connected. This is possible with special soldering methods or through
  • the powder layer (5) has the function of a starter during sintering, which causes the sintering process between the top plate (6) and the top body (4) starts already at a significantly lower temperature, and a possible lowering of the top body (4) in the places between the connecting bridges (20) is prevented.
  • the top plate (6) there is a filling opening (8) through which the heat pipe is evacuated and the water is filled.
  • a channel (7) running completely around the heat pipe results between the base plate (2) and the top plate (6).
  • This channel (7) is filled with a suitable melt powder, which melts just below the sintering temperature, and during sintering, the bottom plate (2) and the top plate (6) connects airtight.
  • a filling opening (8) in the top plate (6) For filling the heat pipe is a filling opening (8) in the top plate (6). Through the filling opening (8), the heat pipe is evacuated and the vacuum of the heat pipe filled with water. Subsequently, the filling opening (8) is sealed. If a suitable material is used, the filling opening (8) is drawn from inside to outside of the material. If this is not possible, alternatively (Fig. 20 & Fig. 21) a hole (48) is punched in the top plate (3) and the edge of the hole (48) is tapered inward. In the hole (48) a filling tube (47) is pushed. This filling tube (47) is coated with a melting powder (49), which strips off annularly when inserted into the hole (48) on the taper. When sintering the heat pipe, the melt powder (49) connects the top plate (6/48) airtight with the filling tube (47).
  • All thermally relevant parts of the heat pipe should be made of a good heat conductive material. Suitable for this purpose are copper, aluminum and silver, where silver is too expensive, and
  • the top body (4) may also be made of open cell foam e.g. be made by milling.
  • the properties of a foam body are similar to a body made with a binder.
  • the capillary bottom layer powder (3) is divided by wire into different capillary zones.
  • the heat pipe should be divided into separate separate capillary systems, otherwise overheating of the cooler heat source threatens.
  • the wire is made of the same material as the powder, and its diameter corresponds to the thickness of the bottom layer (3). It completely sinters with the powder, becoming part of the soil layer (3) and interrupts the capillary system.
  • the capillary upper side body (4j) is designed such that it separates the heat pipe into two largely separate capillary systems.
  • the area (52) is separated from the rest of the heat pipe by the struts (51) on the underside of the top body (4j) so that there is no vapor exchange between the area (52) and the rest of the heat pipe.
  • a wire is inserted in the bottom layer (3) along the struts (51), the heat pipe is divided into two almost completely separate capillary systems.
  • struts (50) on the underside of the top body (4j) the vapor within a capillary zone can be directed in certain directions to affect the vapor distribution.
  • a thin plate made of heat-resistant, but poor heat conductive material eg ceramic
  • This plate contains at the points of the heat sources corresponding holes where the bottom layer (3) is directly connected to the bottom plate (2) and the heat passes into the heat pipe. In this way, the heat input to the rest of the bottom plate (2) outside the heat source is significantly reduced. This is important, for example, if in addition to the heat source other components are installed, which can not withstand the temperature of the heat source. For the mechanical stability of the heat pipe, if necessary, small holes can be made in the plate to provide additional mechanical connections between the bottom plate (2) and the bottom layer (3).
  • the uniform grid of the connecting bridges (20) is removed from the upper body (4a) in an exemplary region (21) and replaced by a narrower grid of connecting bridges.
  • one or more connecting bridges (22) can also be made larger on an upper-side body (4b), and thus the mechanical stability of the heat pipe can be selectively increased.
  • the connecting bridges of a top body (4e) are designed so that their size increases with increasing distance from a heat source (25).
  • the connecting bridges (30) with the shortest distance (I) to the heat source are the smallest.
  • the sizes of the corresponding connection bridges (31, 32 & 33) increase in order to form the largest connection bridges (34) at the greatest distance (V) to the heat source (25).
  • the vapor removal is improved and there is the side effect that the capillary system can be regulated by the different sizes of the connecting bridges.
  • the upper side body (4f) consists of several (here by way of example two) individual segments (26) and (27). This is possible because both segments (26 & 27) sinter on sintering with the bottom layer (3) to a closed capillary system. It should be noted, however, that all segments can be stable in themselves prior to sintering on the bottom layer (3), and that in a heat pipe with a segmented top body, the heat source must always be attached to the bottom plate (2).
  • elevations (28) are attached to the upper body (4g) on the upper side of the body.
  • the elevations (28) of the body top are always arranged centrally between the connecting bridges (20) of the body base. This prevents that during sintering, with a temperature-induced decrease in the areas between the connecting bridges (20), these surfaces lose contact with the top plate (6).
  • the elevations (28 & 29) on the body top can have any optimized shapes. Another exemplary embodiment is shown in FIG. 16.
  • top body 4i In a further advantageous embodiment of the invention (FIGS. 17 & 18), devices for later attachment of boreholes are executed on a top body 4i.
  • the problem here is that the inner vacuum-tight chamber of the heat pipe during drilling must not be injured, otherwise the heat pipe no longer works.
  • the top body (4i) has round holes (40) at the locations where holes are to be drilled.
  • hollow cylinder (42) In these holes (40) hollow cylinder (42) are provided with a core (41).
  • the cores (41) are pressed out of the sintered powder.
  • the hollow cylinders (42) are made of pressed melt powder. During sintering, the melt powder (42) joins the top plate (6), flows into the outer pores of the core (41) and seals it.
  • the invention finds application in the dependent claims 28 and 29.
  • the main use of the heat pipe is in the application as a base plate for high-performance heat sink.
  • Fig. 23 shows such a heat sink, consisting of the base plate (1) and mounted thereon cooling fins (53).
  • brazing (FIG. 25) is one thick solder layer (55) the most suitable, since with this method, the lowest thermal resistance between the base plate (1) and the cooling fins (53) can be realized.
  • the base plate, or the heat pipe in this case exposed to very high temperatures.
  • the cooling fins (53) can also be sintered on the base plate (1). Thermally, this is the best connection because there are no thermal resistances in the finished heat sink.
  • Fig. 1 A heat pipe (1) (heat pipe) in the form of a plate. It is the
  • FIG. 1 shows the bottom plate (2), a bottom layer of powder (3), the top body (4), an optional layer (5) of the finest powder as a starter for the sintering process, the Top plate (6), the gap filling
  • Fig. 3 shows a cross section of the heat pipe (1), as well as the position of the magnification of
  • FIG. 4 shows an exploded perspective view of FIG. 3.
  • Fig. 6 shows an enlarged detail of Fig. 3.
  • the bottom plate (2) and the top plate (6) fit into one another, that between them a narrow gap is formed. This is filled with a suitable melting medium (7) which seals the gap between the bottom plate (2) and the top plate (6) during sintering of the heat pipe.
  • Fig. 7 Shows the bottom of the top body (4). On the bottom are in a regular grid connecting bridges (20). These create the mechanical and capillary connection between the top and bottom of the heatpipe.
  • Fig. 8 Shows the underside of a variant (4a) of the upper body.
  • an area (21) here arranged centrally in the example, the connecting bridges are arranged more densely, in order to ensure a higher stability of the heat pipe in this area (21).
  • Fig. 10 Shows the underside of a variant (4c) of the upper body.
  • connection bridges are omitted in order to ensure better evaporation of the liquid in this area (23).
  • Fig. 11 Shows the underside of a variant (4d) of the upper body.
  • Connecting bridges (24), arranged here by way of example in the middle, are made smaller in order to ensure better evaporation of the liquid there.
  • Fig. 12 Shows the bottom of a variant (4e) of the top body.
  • Connecting bridges (30 to 34) have different strengths.
  • the connecting bridges (30) are the smallest. You have the shortest distance (I) from an assumed heat source (30), here exemplified centered. With increasing distance (Il to V) from the heat source increases the size of the connecting bridges.
  • the connecting bridges (34) have the greatest distance (V) to the heat source (30), and are the strongest.
  • Fig. 13 Shows the underside of a variant (4f) of the upper body. Of the
  • Upper body consists here of several segments, here exemplified two adopted.
  • the individual segments (26) and (27) are mechanically stable in themselves. After sintering, they form together with the bottom layer ((3) / Fig. 2) a closed capillary system.
  • Fig. 14 Shows the top of a variant (4g) of the top body. There are arranged in a uniform grid elevations (28). The position of the cross section from FIG. 15 is shown.
  • Fig. 15 shows a cross section of a variant (4g) of the upper side body.
  • Fig. 16 Shows the top of a variant (4h) of the top body. There are arranged in a uniform grid elevations (29). The elevations (29) have an optimized shape, here example similar to a rhombus.
  • Fig. 17 Shows the bottom of a variant (4i) of the top body with
  • the cylinders consist of a core (41), consisting of pressed sintered powder, and a surrounding cylinder (42), consisting of pressed melt powder. The position of the cross section from FIG. 18 is shown.
  • Fig. 18 shows a cross section of the upper side body (4i) centrally through a
  • Fig. 18a shows an optimum outer shape of the cylinder (42) after sintering.
  • FIG. 19 Shows an alternative core (44) for a downhole cylinder.
  • the core (44) includes a one-sided closed nut (45) or a threaded bushing instead of the nut. At the bottom, the core is open, and the internal thread accessible.
  • FIG. 20 Shows the heat pipe (1) with the filling device (47) and the marked position of the cross section from FIG. 21.
  • Fig. 21 Shows the drawn inward filling opening (48) of the top plate and the
  • the melting powder (49) can be seen, which closes the filling opening (48) and the filling nozzle (47) when sintering.
  • Fig. 22 Shows the underside of a variant (4j) of the top body. Arranged there, here by way of example in cross form, are struts (50 & 51) for the targeted conduction of the steam. The struts (51) are exemplified so that the area 52 is not reached by the steam.
  • Fig. 23 Shows a heat sink with cooling fins (53).
  • the bottom plate is a heat pipe (1) used.
  • the heat pipe (1) is connected to the ribs (53) by means of a sintered powder layer (54) or a solder layer (55). The position of the cross sections from FIGS. 24 and 25 is shown.
  • Fig. 24 Shows the cross section of a section of a heat sink with cooling fins (53). On the top plate (6) are the cooling fins (53) in a powder layer (54). During sintering, the powder layer (54) forms a connection between the cooling ribs (53) and the top plate (6).
  • Fig. 25 shows the cross section of a section of a heat sink with cooling fins (53).
  • the cooling fins (53) are in a solder layer (55), which establishes the connection between the cooling fins (53) and the top plate (6).

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Abstract

Eine flache Heatpipe (Wärmeleitrohr) in Plattenform bestehend aus einer Bodenpiatte in Form einer Wanne, einer gesinterten kapillaren Bodenschicht Pulver, einem kapillaren Oberseitenkorpus und einer Oberplatte in Form einer Wanne, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberplatte und der Bodenpiatte durch em gleichmaßiges Raster von kapillaren Verbindungsbrücken des Oberseitenkorpus em geschlossenes Kapillarsystem bestehend aus Oberseitenkorpus und Bodenschicht für optimalen kapillaren Flüssigkeitstransport besteht, und eine optimale thermische und mechanisch stabile Verbindung zwischen den gesinterten Innenteilen, bestehend aus Oberseitenkorpus und Bodenschicht, sowohi miteinander, als auch mit der Bodenpiatte und mit der Oberplatte besteht.

Description

Eine flache Heatpipe (Wärmeleitrohr) und Kühlkörper, welche diese verwenden.
Stand der Technik
Flache Heatpipes sind in vielen verschiedenen Ausführungen bekannt. Alle bekannten Ausführungen haben jedoch erhebliche Nachteile, insbesondere für den universellen Einsatz als Basisplatten in Hochleistungskühlkörpern.
Die ersten Heatpipes wurden als Rohre entwickelt. Die Patentschriften US6725910B2, JP2001208490, JP2001208491 , JP2004053186, JP2002081875, JP2004198096, US3680189, US2007/0068657A1 und CN2716787Y zeigen verschiedene flache Heatpipes, welche durch pressen der Rohre produziert werden. Diese haben keine ausreichende Größe, ungenügend mechanische Stabilität und fehlende, bzw. falsche Leistungseigenschaften.
Weitere bekannte Ausführungen in den Schriften JP2004020116, GB2360007A, EP0753713B1 , US4880052, US6745825B1 , US2004/0112572A1 , EP1681911A1 , JP021 10296, US7100680B2, US7028760B2, JP08136168, JP09049692, JP09072680, JP10103884, JP10306989, JP11023166, JP11083356, JP11173776, JP11201673, JP2000018853, JP2000028281 , JP2000035292, JP2000039275, JP2000111281 , JP2000146470, JP2000193385, JP2001241870, JP2001324286, JP2002016201 , JP2002022378, JP2002039693, JP2003322483, JP2004309002, JP2005009763, JP20051 14341 , JP2006046868, JP2006052942, JP60106633, JP63083587, JP62172189, CN2608928Y, CN1665021 A, JP04347492, JP11023166, JP11063864 und JP2002130965 nutzen mehre parallele Kammern oder Heatpipes, welche in einer flachen Kammer gebildet oder eingelassen werden. Nachteilig ist hierbei die eingeschränkte Wärmeverteilung über die gesamte Fläche. Auch verfügen die meisten Ausführungen über schlechte oder keine Kapillareigenschaften, wodurch die Leistung stark limitiert wird. Die meisten der Ausführungen sind außerdem in ihrer Benutzung nicht lageunabhängig.
In den Ausführungen der Schriften JP2000356480, JP11047961 , JP10238973, JP10220975 und US5697428 werden die parallelen Kammern miteinander in
CONFIRWATION COPY Mäanderform verbunden. Hierdurch verbessert sich der Wärmeeintrag in die Fläche deutlich, jedoch ist die Leistung erheblich beschränkt, da der Rückfluss der Flüssigkeit auf den Querschnitt der Kammer beschränkt ist. Ist die Wärmequelle größer als zwei nebeneinander liegende Kammern, so kommt es in der Mitte der Wärmequelle schnell zu einer Überhitzung, da hier nur ungenügend Wasser zur Verfügung steht. Viele Ausführungen sind auch nicht lageunabhängig.
In weiter optimierten Ausführungen der Schriften US6827134B1 , CN2590177Y und JP2001336889 werden die Kanäle nicht mehr parallel angeordnet, sondern optimiert. Es bleiben jedoch die Nachteile der Lageabhängigkeit und dass die Heatpipe nicht gleichmäßig auf ihrer vollen Fläche, sondern nur an den Kanälen erwärmt wird.
Die Schriften JP2001165582, JP10339592, JP10038483, JP06213584 und US5598632 beschreiben Ausführungen, in denen in mindestens zwei Schichten paralleler Kammern in 90° Winkel übereinander angeordnet sind, so dass es zu einer Verbesserung der Wärmeverteilung in der Fläche kommt. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass im Inneren der Heatpipe Wärmewiderstände beim Wärmetransfer zwischen den Kammern entstehen. Es bleiben außerdem für die meisten Ausführungen die Nachteile der Lageabhängigkeit und dass die Heatpipe nicht gleichmäßig auf ihrer vollen Fläche erwärmt wird.
Eine Variante der Vorherigen Ausführungen sind die Schriften JP09159382 und US5329993. In diesen werden in einen Block Vollmaterial entsprechende Kanäle im 90° Winkel zueinander gebohrt und verschlossen. Hierdurch entfallen die inneren Wärmeübergangswiderstände, jedoch bleiben die anderen Nachteile erhalten. Zusätzlich ist von Nachteil, dass die Produktion sehr aufwändig ist.
In den Ausführungen der Schriften TW580127, CN2695903Y, CN1192202C, JP2005283093, JP2002130964, JP2003240461 , JP2003314979, JP2002327993, JP2002221398, JP2002022380, JP2001183079, JP2001082887, JP2000074582, JP2000039273, JP2000031680, JP1 1274782, JP11183068, JP10300372, JP10185467, JP08210790, WO02/058879A1 , US2006/0096740A1 und US6817097B2 werden mindestens 2 Bleche vorgeformt und so mit einander verbunden (z.B. durch Schweißen), dass sich verschiedenste Kammersysteme bilden, aus denen die Heatpipe besteht. Dieses ist eine sehr günstige Produktionsweise einer Heatpipe, es ergibt sich jedoch automatisch das erhebliche Problem, dass mindestens eine Seite der Heatpipe keine plane Fläche ist. Zusätzlich ist in den meisten Ausführungen kein ausreichendes Kapillarsystem vorhanden und sie sind im Betrieb lageabhängig.
Die Ausführungen der Schriften DE202005008792U1 , EP0745819A2, GB2342153A, US3613778, US3680189, US4046190, US4461343, US5465782, US6397935B1 , US6679318B2, US6782942B1 , US6802363B1 , US6889756B1 , US2004/0011512A1 , US2005/0183847A1 , US2003/0159806A1 , US2007/0056714A1 , WO2006/112586A1 , WO2007/029359A1 , JP04184094, JP11183067, JP11183070, JP11193994, JP11237193, JP2000161878, JP2000230790, JP2001208488, JP2001255085, JP2001336888, JP2001339026, JP2002022379, JP2002062068, JP2002062067, JP2004060911 , JP2002062071 , JP2002062072, JP2002168575, JP2004226032, JP2005257174 und JP2004037074 bilden eine große Kammer für die gesamte Heatpipe. Hierdurch findet eine optimale Verteilung der Wärme auf die gesamte Oberfläche statt. Jedoch haben alle Ausführungen mindestens einen der folgenden Nachteile: Sie sind lageabhängig, haben nicht genug mechanische Stabilität, insbesondere bezüglich Druck, oder sie sind nicht für hohe Temperaturen geeignet, wie sie zur Herstellung (z.B. Löten) von Hochleistungskühlkörpern gebraucht werden.
In den Schriften JP2000018854 und JP11287578 werden Ausführungen gezeigt, welche die meisten der geforderten Eigenschaften erfüllen, jedoch haben sie gen deutlichen
Nachteil, dass sie aufwendig in der Konstruktion sind, aus vielen Einzelteilen bestehen und daher aufwändig in der Produktion sind. In der Ausführung der Schrift JP2005106451 wird ein vorab gesintertes Innenteil verwendet. Dieses wird in die Kammer der Heatpipe geklebt oder angesintert. In der Klebevariante ist die Heatpipe nicht mehr hitzebeständig, in der Sintervariante wird das Innenteil zwei mal gesintert, was die Kapillare im Innenteil deutlich verschließt. Außerdem ist das Kapillarsystem an der Ober- und Unterseite nicht geschlossen.
Fast alle oben genannten Ausführungen halten hohen Temperaturen, wie sie beim Löten oder Sintern entstehen, nicht stand.
Die Schriften US6871701 B2 und JP2002168577 zeigen verschiedene Ausführungen zum Verschluss der Kanten von Heatpipes. Die Schriften JP2003322483, JP2000249481 , US4461343 und JP2004108620 zeigen verschiedene Ausführungen zur Integration von Bohrlöchern und Gewinden in einer Heatpipe.
Die Schriften JP2005114341, JP11274782, GB2337162A, KR10-2004-0019150, EP1780789A1 und US6195893B1 zeigen Ausführungen, in denen Heatpipes auf verschiedene Weise in Kühlkörpern integriert werden.
Des weiteren wurden die Schriften US2006/0143916A1 , JP11294978, US2001/0004934A1 , JP2005077052, TW577971 , US6901994B1 , US2006/0162906A1 , JP2002364990, JP2000161879 und JP10267573 beachtet.
Problemstellung
Ziel der Erfindung nach Schutzanspruch 1 ist eine universell nutzbare flache Heatpipe, welche insbesondere als Bodenplatte für Hochleistungskühlkörper dienen soll. Die bekannten Konstruktionen weisen eine Vielzahl von Nachteilen auf, woraus sich eine Liste von Anforderungen ergibt, die eine universelle Heatpipe erfüllen muss:
Die Heatpipe muss sich an allen Stellen gleichmäßig erwärmen, um in allen auf oder an ihr angebrachten Kühlrippen einen gleichmäßigen und optimalen Wärmeeintrag zu erreichen. Dieses erfordert, dass die Heatpipe als eine komplette Kammer konstruiert ist und der Dampf jede Stelle der Heatpipe problemlos erreichen kann. Des weiteren sollte das in der Kammer liegende Kapillarsystem aus einem gut Wärme leitenden Material sein und mit der Ober- und Unterseite der Heatpipe optimal Wärme leitend verbunden sein. Im Optimalfall sind alle thermisch relevanten Materialien gleich, z.B. Kupfer.
Die Heatpipe muss in jeder Lage (auch über Kopf, d.h. Wärmequelle oben) ihre volle Leistung bringen. Dieses setzt ein entsprechendes Kapillarsystem voraus, welches das kondensierte Wasser zurück zur Wärmequelle transportiert. Hierfür ist notwendig, dass die Ober- und die Unterseite innen komplett mit einer kapillaren Schicht versehen sind.
Diese Schichten müssen eine ausreichende Kapazität besitzen. Zusätzlich müssen beide
Schichten in ausreichendem Maße miteinander durch kapillare Verbindungsbrücken verbunden werden, so dass ein in beide Richtungen funktionierendes Kapillarsystem entsteht, und der Rückfluss des Wassers zur Wärmequelle nicht mehr von der Lage abhängig ist.
Die Heatpipe muss hohe Temperaturen während der Herstellung des Kühlkörpers (dessen Basisplatte sie sein soll) aushalten. Um die maximale Leistung für einen
Kühlkörper zu erreichen, müssen die Rippen entsprechend thermisch gut mit der
Basisplatte verbunden werden. Dieses ist möglich mit speziellen Lötverfahren oder durch
Sintern. Hierbei treten Temperaturen von mindestens 2500C (Löten) bzw. über 1.0000C
(Sintern) auf. Daher dürfen in der Heatpipe keine Materialien verwendet werden, welche diesen Temperaturen nicht Stand halten.
Die Heatpipe muss mechanisch stabil sein. Sie darf einerseits im Vakuum Zustand nicht nach Innen nachgeben, und darf sich andererseits auch nicht ausbeulen, wenn sie im Betrieb unter Dampf steht. Auch muss sie den mechanischen Belastungen Stand halten, wenn sie z.B. zur Befestigung verschraubt oder gepresst wird.
Die Heatpipe sollte in einem einzigen thermischen Prozess (Sintern) komplett gefertigt werden, um die Produktionskosten möglichst gering zu halten. Vor allem beschädigt mehrfaches Sintern erheblich das Kapillarsystem. Die Heatpipe sollte aus möglichst wenigen Komponenten bestehen.
Die Heatpipe sollte möglichst Leicht sein.
Die beiden Seiten der Heatpipe müssen Plan parallel und eben sein, um auf der einen Seite einen optimalen Kontakt zur Wärmequelle zu ermöglichen, und auf der anderen Seite einen optimalen Wärmeeintrag in die Kühlrippen zu leisten. Sie sollten frei sein von Erhebungen, Senkungen oder Löchern (außer gewollten Bohrlöchern).
Beschreibung
Die Anforderungen werden durch die im folgenden beschriebene Erfindung nach Schutzanspruch 1 gelöst.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen die Heatpipe (1 ) bestehend aus einer Bodenplatte (2), welche in Wannenform gepresst wurde, und einer Oberplatte (6), welche ebenfalls in eine Wannenform gepresst wurde und einen Umlaufenden Rand besitzt. Die Größe der Oberplatte (6) ist so gewählt, dass der Umlaufende Rand exakt in die Innenmaße der Bodenplatte (2) passt. In die Bodenplatte (2) wird eine Bodenschicht (3) aus Pulver eingefüllt, welche sich beim Sintern mit der Bodenplatte (2) verbindet und offenporig fest wird. Alternativ kann die Bodenschicht (3) auch aus gepresstem Draht bestehen. Auf die Bodenschicht (3) wird der kapillare Oberseitenkorpus (4) gestellt, welcher aus einem porösen Material besteht. Der Oberseitenkorpus (4) ist eine vorgefertigte Platte (Fig. 7), welche auf ihrer Unterseite ein gleichmäßiges Raster kapillarer Verbindungsbrücken (20) hat. Diese Verbindungsbrücken (20) werden auf die Bodenschicht (3) gestellt und verbinden sich beim Sintern mit der Bodenschicht (3), wobei ein geschlossenes Kapillarsystem bestehend aus der Bodenschicht (3) und dem Oberseitenkorpus (4) entsteht. Auf den Oberseitenkorpus (4) wird die Oberplatte (6) gelegt, welche sich beim Sintern vollflächig mit dem Oberseitenkorpus (4) verbinden soll. Um diese Verbindung zu verbessern wird eine zusätzliche sehr dünne Pulverschicht (5), bestehend aus extra feinem Pulver, auf den Oberseitenkorpus (4) gegeben. Die Pulverschicht (5) hat beim Sintern die Funktion eines Starters, welcher bewirkt, dass der Sinterprozess zwischen der Oberplatte (6) und dem Oberseitenkorpus (4) schon bei deutlich niedrigerer Temperatur beginnt, und ein eventuelles Absinken des Oberseitenkorpus (4) an den Stellen zwischen den Verbindungsbrücken (20) verhindert wird. In der Oberplatte (6) befindet sich eine Befüllöffnung (8), durch welche die Heatpipe evakuiert und das Wasser eingefüllt wird. Zum Verschließen der Heatpipe (Fig. 6) ergibt sich zwischen der Bodenplatte (2) und der Oberplatte (6) eine komplett um die Heatpipe laufende Rinne (7). Diese Rinne (7) wird mit einem geeigneten Schmelzpulver gefüllt, welches knapp unter der Sintertemperatur schmilzt, und beim Sintern die Bodenplatte (2) und die Oberplatte (6) luftdicht verbindet.
Die Heatpipe (1) wird komplett in einem einzigen Sinterprozess gefertigt. Dieses ist ein wesentliches Konstruktionsmerkmal dieser Erfindung, da ein mehrfaches Sintern der Heatpipe oder einzelner Komponenten des Kapillarsystems die Poren im Kapillarsystem deutlich verschließen würde, was eine wesentliche Leistungsreduzierung der Heatpipe zur Folge hätte. Abschließend wird die Heatpipe evakuiert, mit Wasser gefüllt und verschlossen.
Fig 5 zeigt das Funktionsschema der Heatpipe. Eine Wärmequelle (10) gibt ihre Wärme über die Bodenplatte an die Bodenschicht (3) ab. An dieser Stelle verdampft das in der Bodenschicht (3) enthaltene Wasser und der Dampf (11) verteilt sich in der kompletten
Heatpipe. Der Dampf kondensiert anschließend am kühleren Oberseitenkorpus (4) und gibt dort die Wärme ab. Wegen des Druckverlustes, welcher beim Verdampfen an der Wärmequelle (10) in der Bodenschicht (3) entsteht, wird das kondensierte Wasser (12) mit Hilfe des Kapillarsystems von der Oberseite des Oberseitenkorpus (4) durch die Verbindungsbrücken in die Bodenschicht (3) zur Wärmequelle (10) zurück geführt. Anschließend beginnt der Kreislauf von vorne. Da die Rückführung des Wassers ausschließlich auf den Kapillarkräften beruht ist die Heatpipe in jeder Lage nutzbar.
Für die Befüllung der Heatpipe befindet sich eine Befüllöffnung (8) in der Oberplatte (6). Durch die Befüllöffnung (8) wird die Heatpipe evakuiert und das Vakuum der Heatpipe mit Wasser befüllt. Anschließend wird die Befüllöffnung (8) dicht verschlossen. Wird ein geeignetes Material verwendet, so wird die Befüllöffnung (8) von innen nach außen aus dem Material gezogen. Ist dieses nicht möglich, so wird alternativ (Fig. 20 & Fig. 21 ) in die Oberplatte (3) ein Loch (48) gestanzt, und die Kante des Loches (48) verjüngend nach innen gezogen. In das Loch (48) wird ein Befüllrohr (47) geschoben. Dieses Befüllrohr (47) ist mit einem Schmelzpulver (49) beschichtet, welches sich beim einschieben in das Loch (48) an der Verjüngung ringförmig abstreift. Beim Sintern der Heatpipe verbindet das Schmelzpulver (49) die Oberplatte (6/48) luftdicht mit dem Befüllrohr (47).
Alle thermisch relevanten Teile der Heatpipe (Bodenplatte (2), Bodenschicht (3), Oberseitenkorpus (4) und Oberplatte (6)) sollten aus einem gut Wärme leitenden Material sein. Geeignet hierfür sind Kupfer, Aluminium und Silber, wobei Silber zu teuer ist, und
Aluminium mit den bekannten Verfahren und Werkstoffen auf die hier benötigte Art nicht zu sintern ist. Aktuell ist Kupfer das am besten geeignete Material. Alle Teile der Heatpipe sollten aus dem gleichen Material sein, um thermische Übergangswiderstände zu vermeiden. Es werden in der Heatpipe nur Materialien verwendet, die zum Sintern geeignet sind. Die Heatpipe hält daher den wesentlich tieferen Temperaturen beim Löten problemlos stand.
Unter Verwendung von Kupfer für die Heatpipe empfehlen sich als Schmelzpulver Bronze oder Messing Legierungen, welche individuell auf die verwendeten Kupferpulver abgestimmt werden müssen. Auch können Kupferpulver in andere Körnung und anderer Form benutzt werden.
Als Transportmedium innerhalb der Heatpipe wird im Bereich der Elektronikkühlung in der Regel Wasser verwendet. Jedoch können für andere Anwendungen auch andere Flüssigkeiten verwendet werden. Ein Ziel der Konstruktion ist die Reduzierung des Gewichtes. Die Bodenplatte (2) und die Oberplatte (6) können vergleichsweise dünn ausgelegt werden, da die Platten vom inneren Kapillarsystem erheblich gestützt werden. Das Kapillarsystem (3 & 4) bildet beim Sintern eine Wabenstruktur, welche vollflächig mit den Platten (2 & 6) durch das Sintern verbunden ist. Es entsteht eine hoch stabile Sandwichbauweise, welche allen Drücken und sonstigen üblichen mechanischen Belastungen stand hält.
Der Oberseitenkorpus (4) wird vorgefertigt. Dieser kann ein gepresster Grünling sein, ein mit Bindemittel (z.B. geeigneter Kunststoff) hergestellter Korpus, oder er wird per Schüttsinterung gefertigt. Ein aus Pulver oder Draht gepresster Grünling hat den Nachteil, dass durch das Pressen die Poren im Kapillarsystem reduziert werden. Jedoch hat ein gepresster Grünling eine enorme mechanische Stabilität und die geringsten Produktionskosten. Ein mit Bindemittel gefertigter Korpus (z.B. Spritzguss) hat die geringste Stabilität, jedoch das beste Kapillarsystem. In der ersten Phase des Sinterns wird das Bindemittel rückstandsfrei ausgebrannt, und es bleibt lediglich das Kapillarsystem bestehen. Ein per Schüttsinterung vorgefertigter Korpus hat den Nachteil, das er zwei mal gesintert werden muss, und sich beim zweiten Sintern die Poren im Kapillarsystem verkleinern. Mit geeigneten Fertigungsparametern entsteht bei Schüttsinterung ein Korpus, dessen Eigenschaften zwischen den beiden anderen Varianten liegen. Der Oberseitenkorpus (4) kann auch aus einem offenporigem Schaum z.B. durch Fräsen gefertigt werden. Die Eigenschaften von einem Korpus aus Schaum sind vergleichbar mit einem Korpus, der mit Bindemittel gefertigt wurde.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die kapillare Bodenschicht Pulver (3) durch Draht in verschiedene kapillare Zonen unterteilt. In verschiedenen Fällen, wie z.B. mehreren Wärmequellen unterschiedlicher Temperaturniveaus, sollte die Heatpipe in einzelne separate Kapillarsysteme unterteilt werden, da sonst eine Überhitzung der kühleren Wärmequelle droht. Der Draht ist aus dem gleichen Material wie das Pulver, und sein Durchmesser entspricht der Dicke der Bodenschicht (3). Er versintert komplett mit dem Pulver, wird dabei Teil der Bodenschicht (3) und unterbricht gezielt das Kapillarsystem.
Entsprechend dem vorangehenden Beispiel wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführung (Fig. 22) der Erfindung der kapillare Oberseitenkorpus (4j) so ausgeführt, dass er die Heatpipe in zwei weitestgehend getrennte Kapillarsysteme trennt. Der Bereich (52) ist durch die Streben (51 ) auf der Unterseite des Oberseitenkorpus (4j) so vom Rest der Heatpipe getrennt, dass es zu keinem Dampfaustausch zwischen dem Bereich (52) und dem Rest der Heatpipe kommt. Wird zusätzlich ein Draht in der Bodenschicht (3) entlang der Streben (51) eingelegt, so wird die Heatpipe in zwei nahezu komplett getrennte Kapillarsysteme geteilt. Durch Streben (50) auf der Unterseite des Oberseitenkorpus (4j) kann der Dampf innerhalb einer Kapillarzone in bestimmte Richtungen geführt werden, um die Dampfverteilung zu beeinflussen. Alle Streben (50 & 51) bestehen aus dem gleichen kapillaren Material wie der Rest des Oberseitenkorpus (4j), und sind daher Teil des Kapillarsystems. Zusätzlich zu den Streben können weitere kapillare Verbindungsbrücken (20) an der Unterseite des Oberseitenkorpus (4j) integriert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Bodenschicht (3) im Bereich der Wärmequelle mit einem Raster feiner Löcher im Kapillarsystem versehen. Diese Löcher dienen der besseren Dampfabfuhr und verhindern bzw. vermindern die Bildung von Dampfblasen im Kapillarsystem, welche die Leistung der Heatpipe erheblich reduzieren können. Die Löcher werden beim Einfüllen der Bodenschicht (3) mit entsprechenden Werkzeugen in diese gedrückt. Hierbei können Komplikationen insbesondere bei Verwendung von Pulver dergestalt auftreten, dass sich die Löcher vor dem Sintern durch die Handhabung wieder schließen. Dieses kann dadurch vermieden werden, dass ein entsprechendes Werkzeug (z.B. eine Platte mit Dornen in der Bodenschicht (3)) während des Sintems in der Heatpipe verbleibt. Dieses Werkzeug wird aus einem geeigneten Bindemittel hergestellt, welches beim Sintern in der Entbinderphase komplett und rückstandsfrei verbrennt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird zwischen der Bodenplatte (2) und der Bodenschicht (3) eine dünne Platte aus hitzebeständigem, aber schlecht Wärme leitendem Material (z.B. Keramik) eingefügt. Diese Platte enthält an den Stellen der Wärmequellen entsprechende Löcher, an denen die Bodenschicht (3) direkt mit der Bodenplatte (2) verbunden ist und die Wärme in die Heatpipe gelangt. Auf diese Weise wird der Wärmeeintrag auf den Rest der Bodenplatte (2) außerhalb der Wärmequelle deutlich reduziert. Dieses ist z.B. dann wichtig, wenn neben der Wärmequelle noch andere Bauteile verbaut sind, welche die Temperatur der Wärmequelle nicht aushalten. Für die mechanische Stabilität der Heatpipe können, falls erforderlich, kleine Löcher in der Platte angebracht werden um zusätzliche mechanische Verbindungen zwischen der Bodenplatte (2) und der Bodenschicht (3) zu schaffen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Fig. 8) wird am Oberseitenkorpus (4a) in einem beispielhaften Bereich (21 ) das gleichmäßige Raster der Verbindungsbrücken (20) aufgehoben und durch ein engeres Raster von Verbindungsbrücken ersetzt. Dieses führt zu einer höheren Stabilität in dem Bereich (21), wie er häufig z.B. zur mechanischen Befestigung der Heatpipe gebraucht wird. Alternativ (Fig. 9) können auch an einem Oberseitenkorpus (4b) eine oder mehrere Verbindungsbrücken (22) größer ausgeführt werden, und so die mechanische Stabilität der Heatpipe punktuell vergrößert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Fig. 10) werden am Oberseitenkorpus (4c) in einem beispielhaften Bereich (23), welcher über der Wärmequelle liegt, alle Verbindungsbrücken weggelassen, um die Dampfabfuhr zu verbessern. Alternativ (Fig. 11) können auch an einem Oberseitenkorpus (4d) die Verbindungsbrücken (24) über der Wärmequelle kleiner ausgeführt werden, und so die Dampfabfuhr verbessert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Fig. 12) werden die Verbindungsbrücken eines Oberseitenkorpus (4e) so ausgelegt, dass ihre Größe mit steigender Entfernung von einer Wärmequelle (25) zunimmt. Die Verbindungsbrücken (30) mit der kürzesten Distanz (I) zur Wärmequelle sind die Kleinsten. Mit den zunehmenden Distanzen (Il bis IV) steigen auch die Größen der entsprechenden Verbindungsbrücken (31 , 32 & 33), um bei der größten Distanz (V) zur Wärmequelle (25) die größten Verbindungsbrücken (34) auszubilden. Hierdurch wird die Dampfabfuhr verbessert und es entsteht der Nebeneffekt, dass über die verschiedenen Größen der Verbindungsbrücken das Kapillarsystem reguliert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Fig. 13) besteht der Oberseitenkorpus (4f) aus mehreren (hier beispielhaft zwei) einzelnen Segmenten (26) und (27). Dieses ist möglich, da beide Segmente (26 & 27) beim Sintern mit der Bodenschicht (3) zu einem geschlossenen Kapillarsystem versintern. Es muss jedoch beachtet werden, dass alle Segmente in sich stabil vor dem Sintern auf der Bodenschicht (3) stehen können, und dass bei einer Heatpipe mit segmentiertem Oberseitenkorpus die Wärmequelle immer an der Bodenplatte (2) angebracht werden muss. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Hg. 14 & Fig. 15) werden am Oberseitenkorpus (4g) auf der Korpusoberseite Erhebungen (28) angebracht. Die Erhebungen (28) der Korpusoberseite werden immer mittig zwischen den Verbindungsbrücken (20) der Korpusunterseite angeordnet. Hierdurch wird verhindert, dass während des Sinterns, bei einem temperaturbedingtem Absinken der Flächen zwischen den Verbindungsbrücken (20), diese Flächen den Kontakt zur Oberplatte (6) verlieren. Die Erhebungen (28 & 29) auf der Korpusoberseite können beliebige optimierte Formen haben. Eine weitere beispielhafte Ausführung zeigt Fig. 16.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung (Fig. 17 & Fig. 18) werden an einem Oberseitenkorpus (4i) Vorrichtungen für die spätere Anbringung von Bohrlöchern ausgeführt. Problematisch hierbei ist, dass die innere Vakuum dichte Kammer der Heatpipe beim Bohren nicht verletzt werden darf, da ansonsten die Heatpipe nicht mehr funktioniert. Der Oberseitenkorpus (4i) hat an den Stellen, an denen Löcher gebohrt werden sollen, runde Löcher (40). In diese Löcher (40) werden Hohlzylinder (42) mit einem Kern (41 ) gestellt. Die Kerne (41 ) werden aus dem Sinterpulver gepresst. Die Hohlzylinder (42) bestehen aus gepresstem Schmelzpulver. Beim Sintern verbindet sich das Schmelzpulver (42) mit der Oberplatte (6), es fließt in die äußeren Poren des Kerns (41 ) und versiegelt diesen. Das Schmelzpulver (6) sickert durch die Bodenschicht (3) bis zur Bodenplatte (2), versiegelt dabei einen entsprechenden Bereich der Bodenschicht (3) unterhalb des Hohlzylinders (42) und verbindet sich mit der Bodenplatte (2). So entsteht im Inneren des Hohlzylinders (42) ein abgeschlossener Raum, welcher angebohrt werden kann, ohne das Vakuum der Heatpipe zu verletzen. Fig. 18a zeigt eine optimale Form des Hohlzylinders (42) nach dem Sintern, bzw. Schmelzen. In einer weiteren Variante (Fig. 19) wird in den Kern (44) beim Pressen des Pulvers eine einseitig geschlossene Mutter (45) oder eine entsprechende Gewindehülse so ein gepresst, dass die offene Seite der Mutter oder Hülse nach unten hin auch im Kern (44) offen bleibt. Der Kern (44) wird, an den Stellen, an denen die Heatpipe Gewinde haben soll, so in die Löcher (40) des Oberseitenkorpus (4i) gestellt, dass die offene Seite der Mutter (45) oder Hülse auf der Bodenschicht (3) steht. Nach dem Sintern ist das Gewinde fest in der Heatpipe verankert.
Die Erfindung findet Anwendung in den Nebenansprüchen 28 und 29. Die wesentliche Nutzung der Heatpipe besteht in der Anwendung als Basisplatte für Hochleistungskühlkörper. Fig. 23 zeigt einen solchen Kühlkörper, bestehend aus der Basisplatte (1 ) und darauf angebrachten Kühlrippen (53). Von den üblichen Verfahren zur Anbringung von Kühlrippen (53) auf einer Basisplatte (1) ist das Löten (Fig. 25) mit einer dicken Lotschicht (55) das am besten geeignete, da mit diesem Verfahren der niedrigste Wärmewiderstand zwischen der Basisplatte (1) und den Kühlrippen (53) realisiert werden kann. Jedoch wird die Basisplatte, bzw. die Heatpipe, hierbei sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Alternativ können die Kühlrippen (53) auch auf die Basisplatte (1 ) gesintert werden. Thermisch ist dieses die beste Verbindung, da im fertigen Kühlkörper dann keine Wärmewiderstände existieren. Hierzu wird auf der Basisplatte (1) ein mittelstarke Schicht (54) aus feinem Sinterpulver aufgetragen. Dieses Sinterpulver ist ähnlich dem Pulver der Starterschicht (5) im Inneren der Heatpipe. Es versintert in so hohem Grad mit den Kühlrippen (53) und der Basisplatte (1/6), dass sich eine fast porenlose Schicht (54) ohne Wärmewiderstände bildet. Jedoch muss die Aufsinterung der Kühlrippen (53) auf die Basisplatte (1) während der Herstellung der Basisplatte (1) geschehen. Ansonsten würde die Basisplatte (1) zwei mal gesintert, was das Kapillarsystem im Inneren der Basisplatte (1) deutlich beschädigen würde.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : Eine Heatpipe (1) (Wärmeleitrohr) in Form einer Platte. Es ist die
Querschnittsposition von Fig. 3 eingezeichnet.
Fig. 2: Die Explosionszeichnung der Heatpipe aus Fig. 1. Es zeigt die Bodenplatte (2), eine Bodenschicht Pulver (3), den Oberseitenkorpus (4), eine optionale Schicht (5) aus feinstem Pulver als Starter für den Sintervorgang, die Oberplatte (6), die Spaltbefüllung
(7) aus geeignetem Schmelzpulver und die Befüllvorrichtung (8).
Fig. 3: Zeigt einen Querschnitt der Heatpipe (1 ), sowie die Position der Vergrößerung von
Fig. 6.
Fig. 4: Zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung von Fig. 3.
Fig. 5: Zeigt die Wirkungsweise der Heatpipe. Mittig unter der Heatpipe ist eine Wärmequelle (10). Die Bodenschicht (3) aus gesintertem Pulver wird über der Wärmequelle (10) erwärmt, und die darin enthaltene Flüssigkeit verdampft und verteilt sich gleichmäßig in der Heatpipe (11). Sie kondensiert an der kühleren Oberplatte in dem Oberseitenkorpus (4). Da die Bodenschicht (3) und der Oberseitenkorpus (4) ein geschlossenes kapillares System bilden, wird die kondensierte Flüssigkeit durch die Kapillarkräfte (12) wieder zur Wärmequelle (10) hin gezogen.
Fig. 6: Zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 3. Die Bodenplatte (2) und die Oberplatte (6) passen so ineinander, dass zwischen ihnen ein schmaler Spalt entsteht. Dieser ist mit einem geeigneten Schmelzmedium (7) gefüllt, welches beim Sintern der Heatpipe den Spalt zwischen der Bodenplatte (2) und der Oberplatte (6) dicht verschließt.
Fig. 7: Zeigt die Unterseite des Oberseitenkorpus (4). Auf der Unterseite befinden sich in einem regelmäßigem Raster Verbindungsbrücken (20). Diese stellen die mechanische und kapillare Verbindung zwischen der Oberseite und der Unterseite der Heatpipe her.
Fig. 8: Zeigt die Unterseite einer Variante (4a) des Oberseitenkorpus. In einem Bereich (21 ), hier Beispielhaft mittig angeordnet, sind die Verbindungsbrücken dichter angeordnet, um in diesem Bereich (21 ) eine höhere Stabilität der Heatpipe zu gewährleisten.
Fig. 9: Zeigt die Unterseite einer Variante (4b) des Oberseitenkorpus. In einem Bereich (22), hier Beispielhaft mittig angeordnet, sind die Verbindungsbrücken stärker ausgebildet, um in diesem Bereich (22) eine höhere Stabilität der Heatpipe zu gewährleisten.
Fig. 10: Zeigt die Unterseite einer Variante (4c) des Oberseitenkorpus. In einem
Bereich (23), hier Beispielhaft mittig angeordnet, sind die Verbindungsbrücken weggelassen, um in diesem Bereich (23) eine bessere Verdampfung der Flüssigkeit zu gewährleisten.
Fig. 11 : Zeigt die Unterseite einer Variante (4d) des Oberseitenkorpus. Die
Verbindungsbrücken (24), hier Beispielhaft mittig angeordnet, sind kleiner ausgebildet, um dort eine bessere Verdampfung der Flüssigkeit zu gewährleisten.
Fig. 12: Zeigt die Unterseite einer Variante (4e) des Oberseitenkorpus. Die
Verbindungsbrücken (30 bis 34) haben unterschiedliche stärken. Die Verbindungsbrücken (30) sind die kleinsten. Sie haben die kürzeste Entfernung (I) von einer angenommenen Wärmequelle (30), hier Beispielhaft mittig angenommen. Mit steigender Entfernung (Il bis V) von der Wärmequelle nimmt die Größe der Verbindungsbrücken zu. Die Verbindungsbrücken (34) haben den größten Abstand (V) zur Wärmequelle (30), und sind am stärksten ausgebildet. Fig. 13: Zeigt die Unterseite einer Variante (4f) des Oberseitenkorpus. Der
Oberseitenkorpus besteht hier aus mehreren Segmenten, hier beispielhaft zwei angenommen. Die einzelnen Segmente (26) und (27) sind jeweils in sich mechanisch stabil. Nach dem sintern bilden sie zusammen mit der Bodenschicht ((3)/Fig. 2) ein geschlossenes kapillares System.
Fig. 14: Zeigt die Oberseite einer Variante (4g) des Oberseitenkorpus. Es sind in einem gleichmäßigem Raster Erhebungen (28) angeordnet. Es ist die Position des Querschnitts aus Fig. 15 eingezeichnet.
Fig. 15: Zeigt einen Querschnitt einer Variante (4g) des Oberseitenkorpus. Die
Erhebungen (28) auf der Oberseite sind relativ zu den Verbindungsbrücken (20) auf der Unterseite mittig zwischen diesen positioniert.
Fig. 16: Zeigt die Oberseite einer Variante (4h) des Oberseitenkorpus. Es sind in einem gleichmäßigem Raster Erhebungen (29) angeordnet. Die Erhebungen (29) haben eine optimierte Form, hier Beispielhaft ähnlich einer Raute.
Fig. 17: Zeigt die Unterseite einer Variante (4i) des Oberseitenkorpus mit
Verbindungsbrücken (20). In Löcher (40) des Oberseitenkorpus (4i) werden Zylinder für spätere Bohrlöcher eingefügt. Die Zylinder bestehen aus einem Kern (41), bestehend aus gepresstem Sinterpulver, und einem umgebendem Zylinder (42), bestehend aus gepresstem Schmelzpulver. Es ist die Position des Querschnitts aus Fig. 18 eingezeichnet.
Fig. 18: Zeigt einen Querschnitt des Oberseitenkorpus (4i) mittig durch einen
Bohrlochzylinder nach dem sintern. Der Schmelzpulverzylinder (42) ist während des sintems mit dem Pulver des Kerns (41), der Bodenschicht (3), dem Oberseitenkorpus (4), der Bodenplatte (2) und der Oberplatte (6) so verschmolzen, dass der Kern (41 ) luftdicht zum Inneren der Heatpipe abgeschlossen ist. Fig. 18a zeigt eine optimale äußere Form des Zylinders (42) nach dem sintern.
Fig. 19: Zeigt einen alternativen Kern (44) für einen Bohrlochzylinder. Der Kern (44) enthält eine einseitig geschlossene Mutter (45) oder eine Gewindebuchse statt der Mutter. An der Unterseite ist der Kern offen, und das innen liegende Gewinde zugänglich. Fig. 20: Zeigt die Heatpipe (1) mit der Befüllvorrichtung (47) und der eingezeichneten Position des Querschnitts aus Fig. 21.
Fig. 21 : Zeigt die nach innen gezogene Befüllöffnung (48) der Oberplatte und den
Befüllstutzen (47). Im Detail B ist das Schmelzpulver (49) zu sehen, welches beim sintern die Befüllöffnung (48) und den Befüllstutzen (47) dicht verschließt.
Fig. 22: Zeigt die Unterseite einer Variante (4j) des Oberseitenkorpus. Dort angeordnet, hier beispielhaft in Kreuzform, sind Streben (50 & 51 ) zur gezielten Leitung des Dampfes. Die Streben (51 ) sind beispielhaft so ausgeführt, dass der Bereich 52 nicht vom Dampf erreicht wird.
Fig. 23: Zeigt einen Kühlkörper mit Kühlrippen (53). Als Bodenplatte ist eine Heatpipe (1) benutzt. Die Heatpipe (1) wird mit den Rippen (53) mit Hilfe einer Sinterpulverschicht (54) oder einer Lotschicht (55) verbunden. Es ist die Position der Querschnitte aus den Figuren 24 und 25 eingezeichnet.
Fig. 24: Zeigt den Querschnitt eines Ausschnittes eines Kühlkörpers mit Kühlrippen (53). Auf der Oberplatte (6) stehen die Kühlrippen (53) in einer Pulverschicht (54). Beim Sintern bildet die Pulverschicht (54) eine Verbindung zwischen den Kühlrippen (53) und der Oberplatte (6).
Fig. 25: Zeigt den Querschnitt eines Ausschnittes eines Kühlkörpers mit Kühlrippen (53). Auf der Oberplatte (6) stehen die Kühlrippen (53) in einer Lotschicht (55), welche die Verbindung zwischen den Kühlrippen (53) und der Oberplatte (6) herstellt.

Claims

Patentansprüche
1. Eine flache Heatpipe (Wärmeleitrohr) in Plattenform bestehend aus einer Bodenplatte in Form einer Wanne, einer gesinterten kapillaren Bodenschicht Pulver, einem kapillaren Oberseitenkorpus und einer Oberplatte in Form einer Wanne, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberplatte und der Bodenplatte durch ein gleichmäßiges Raster von kapillaren Verbindungsbrücken des Oberseitenkorpus ein geschlossenes Kapillarsystem bestehend aus Oberseitenkorpus und Bodenschicht für optimalen kapillaren Flüssigkeitstransport besteht, und eine optimale thermische und mechanisch stabile Verbindung zwischen den gesinterten Innenteilen, bestehend aus Oberseitenkorpus und Bodenschicht, sowohl miteinander, als auch mit der Bodenplatte und mit der Oberplatte besteht.
2. Eine Heatpipe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem einzigen thermischen Prozess komplett gefertigt ist.
3. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle verwendeten Materialien der Heatpipe hitzebeständig sind, und den Betrieb oder die Weiterverarbeitung der Heatpipe bei bis zu 400°C ermöglichen.
4. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillare Bodenschicht aus gepresstem Draht besteht.
5. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Oberseitenkorpus aus gepresstem Draht besteht
6. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver der kapillaren Bodenschicht durch in der Bodenschicht eingelegten Draht in verschiedene kapillare Druckzonen unterteilt ist.
7. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Oberseitenkorpus und der Oberplatte eine weitere Schicht aus extra feinem Pulver als Beschleuniger des Sinterprozesses eingebracht ist.
8. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Oberseitenkorpus ein aus Pulver gepresster Grünling ist, oder ein mit Bindemittel gebundener Korpus aus Pulver ist.
9. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch S gekennzeichnet, dass der kapillare Oberseitenkorpus ein per Schüttsinterung aus
Pulver produzierter Korpus ist.
10. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Oberseitenkorpus aus Kupferschaum geformt ist. 0 11. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte mit einer umlaufenden Abkantung eine Wanne bildet, die äußeren umlaufenden Kanten der Oberplatte um ca. 90° nach außen gebogen sind und der Querschnitt der Kante dadurch eine Z-Form bildet, welche von der Größe der Außenmaße der Oberplatte exakt in die Innenmaße der5 Bodenplatte passt, und der dadurch entstehende Spalt zwischen dem Rand der
Bodenplatte und dem Rand der Oberplatte mit einem geeignetem Schmelzpulver gefüllt ist, und dieses beim Sintern der Heatpipe so verschmilzt, dass die Heatpipe, bis auf die Befüllvorrichtung, luftdicht verschlossen ist.
12. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus zur Erhöhung der Stabilität an einigen Stellen mehr Verbindungsbrücken aufweist, als das gleichmäßige Raster.
13. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus zur Erhöhung der Stabilität an einigen Stellen größere Verbindungsbrücken aufweist, als das gleichmäßige Raster.
14. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus zur Förderung der Gasfluktuation an einigen Stellen weniger Verbindungsbrücken aufweist, als das gleichmäßige Raster.
15. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus zur Förderung der Gasfluktuation an einigen Stellen kleinere Verbindungsbrücken aufweist, als das gleichmäßige Raster.
16. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Verbindungsbrücken des Oberseitenkorpus zur Förderung der Gasfluktuation an der Wärmequelle gering ist, und die Größe der Verbindungsbrücken mit steigender Entfernung zur Wärmequelle zunimmt.
17. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus aus mehreren in sich stabilen Segmenten besteht.
18. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus auf der Korpusoberseite Erhebungen hat, welche mittig zu den Verbindungsbrücken der Korpusunterseite angeordnet sind.
19. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Oberseitenkorpus einer oder mehrere Zylinder aus gepresstem Pulver eingelassen sind, und diese Zylinder von Hohlzylindern aus gepresstem Schmelzpulver ummantelt sind.
20. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Oberseitenkorpus einer oder mehrere Zylinder aus gepresstem Pulver eingelassen sind, in diese Zylinder einseitig geschlossene Muttern oder Gewindehülsen ein gepresst sind, und diese Zylinder von Hohlzylindern aus gepresstem Schmelzpulver ummantelt sind.
21. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch der Befüllöffnung der Oberplatte verjüngend nach innen gezogen ist, der Befüllstutzen mit einem Schmelzpulver behaftet ist, dieses sich beim Einführen des Befüllstutzens in die Befüllöffnung an der Verjüngung ablagert und beim Sintern der Heatpipe der Befüllstutzen luftdicht mit der Befüllöffnung verschmilzt.
22. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus an der Unterseite Streben enthält, die den Dampf innerhalb der Heatpipe in vorbestimmte Richtungen lenken.
23. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberseitenkorpus an der Unterseite Streben enthält, welche die Heatpipe in getrennte Dampfzonen unterteilen.
24. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillare Bodenschicht Pulver an der Stelle, welche über der Wärmequelle liegt, ein Raster von keinen Löchern zur besseren Dampfableitung aufweist.
25. Eine Heatpipe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit entsprechenden Dornen ausgerüstete Platte an die Stelle der Wärmequelle auf das kapillare Bodenschicht Pulver so gelegt wird, dass die Dornen ein Lochraster zur Dampfableitung ausbilden, und die Platte aus einem geeignetem Bindematerial ist, welches sich beim Sintern auflöst.
26. Eine Heatpipe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bodenplatte und der kapillaren Bodenschicht Pulver eine dünne geeignete Platte aus schlecht Wärme leitendem Material angeordnet ist, welche an der Position der Wärmequelle ein Loch besitzt.
27. Eine Heatpipe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne geeignete Platte aus schlecht Wärme leitendem Material ein Raster kleiner Löcher besitzt.
28. Ein Kühlkörper (Wärmesenke) bestehend aus einer Heatpipe nach einem der Ansprüche 1 bis 27 als Basisplatte und auf der Oberseite dort angebrachten Kühlrippen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der Kühlrippen mit Hilfe einer Schicht sehr feinem Pulvers in einem thermischen Prozess gleichzeitig mit der Herstellung der Heatpipe geschieht.
29. Ein Kühlkörper (Wärmesenke) bestehend aus einer Basisplatte, und auf deren Oberseite angebrachten Kühlrippen, wobei die Kühlrippen angebracht sind durch Löten, Schichtlöten, Sintern, Kleben oder Pressen, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte eine Heatpipe nach einem der Ansprüche 1 bis 27 ist.
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