DE3333822A1

DE3333822A1 - Verfahren zur herstellung eines waermerohrs

Info

Publication number: DE3333822A1
Application number: DE19833333822
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Tokyo Kawabata; Michio Hachioji Yanadori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1984-03-22
Anticipated expiration: 2003-09-20
Also published as: JPS5956090A; DE3333822C2; JPH0559356B2; GB2127330A; US4541261A; GB8325231D0; GB2127330B

Description

- 3 Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs, welches unter Ausnutzung von Verdampfung und Kondensation einer Flüssigkeit Wärme fördert und daß insbesondere zum Kühlen von dynamischen elektrischen Maschinen, Werkzeugmaschinen und dergleichen verwendet werden kann.

Bekanntlich besteht ein Wärmerohr aus einem geschlossenen Behälter aus Kupfer, Aluminium oder einem ähnlichen Material, an dessen Innenfläche eine Vielzahl von Längsnuten zur Erzeugung einer Kapillarwirkung vorgesehen ist. Dabei hat das Wärmerohr ein Gefalle. Das erwärmte Ende befindet sich dabei auf einem höheren Niveau als das andere Ende. Die am kälteren Ende des Wärmerohrs kondensierte Flüssigkeit muß durch die Kapillarwirkung zum erwärmten Ende hochkriechen und dabei die Schwerkraft überwinden. Nachteilig ist dabei, daß die Nuten nur einen geringen kapillaren Saugeffekt erzeugen können, so daß das Wärmerohr nur mit einem geringen Gefälle eingesetzt werden kann.

Aus der US-PS 3 543 841 ist ein Wärmerohr bekannt, dessen geschlossener Behälter an seiner Innenseite zur Steigerung der Kapillarwirkung mit einem Docht ausgekleidet ist. Die Verwendung des Dochtes führt jedoch zu anderen Problemen, beispielsweise zu einem Anstieg der Herstellungskosten, zu einer stärkeren Neigung zu verstopfen und zu einem größeren Wärmeübergangswiderstand .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, mit weniger Aufwand ein Wärmerohr herzustellen, das aufgrund eines gesteigerten Kapillareffekts

mit einem größeren Gefälle eingesetzt werden kann,
um so die Nachteile der bekannten Wärmerohre zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst? daß bei der Herstellung eines Wärmerohrs, welches einen geschlossenen Behälter aufweist, in dessen Innenwand eine Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden tiefen Nuten vorgesehen sind, die durch Längsrippen bzw. längsverlaufende Stege getrennt sind, erfindungsgemäß eine Vielzahl

von flachen Vertiefungen durch plastische Verformung in den Oberseiten der Stege so ausgeformt werden, daß sie die tiefen Nuten schneiden, und daß die sich bei der Ausformung der flachen Nuten ergebenden Grate so erstrecken, daß sie Brücken zwischen benachbarten

Stegen über die dazwischenliegende tiefe Nut bilden, wodurch der Kapillareffekt des Wärmerohrs gesteigert wird.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Längsschnitt ein Wärmerohr in einem Zwischenstadium der Herstellung*,

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig» Λ,

Fig. 3 die in der Innenwand eines Wärmerohrs ausgebildeten Nuten,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV von Fig. 3,
Fig. 5 den Schnitt V-V von Fig. 3,
Fig. 6 den Schnitt VI-VI von Fig. 3,

Fig. 7 in einer Ansicht wie Fig. 3 eine weitere Ausführungsform/

- 5 Fig. 8 den Schnitt VIII-VIII von Fig. 7,

Fig. 9 im Längsschnitt die Ausbildung der Nuten im Wärmerohr und

Fig. 10 im Querschnitt den Schneidrandabschnitt des zweiten/ bei der Bearbeitung nach Fig. 9

verwendeten Ziehwerkzeugs.

Bei der in den Fig. 1 bis 6 gezeigten ersten Ausführungsform hat das Wärmerohr einen geschlossenen Behälter 1, der mit einer Vielzahl von in Längsrichtung verlaufenden tiefen Nuten 2 und Stegen bzw. Rippen 3 versehen ist. Zusätzlich ist eine Vielzahl von flachen Vertiefungen 4 auf den Oberseiten der die tiefen Nuten 2 trennenden Stege so ausgeformt, daß sie die tiefen Nuten 2 schneiden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Bei der Ausbildung der flachen Vertiefungen 4 werden Grate 5 erzeugt, die in Kontakt mit benachbarten Stegen 3 verlaufen, wodurch eine Vielzahl von Brücken zwischen benachbarten Stegen 3 gebildet wird. Die tiefen Nuten 2 haben beispielsweise eine Tiefe von 0,5 mm und eine Breite von 0,2 bis 0,5 mm.

Die Stege 3 sind so ausgeformt, daß sie eine Breite von 0,5 mm haben. Anschließend werden die flachen Vertiefungen 4 in den Oberseiten der Stege 3 so ausgebildet, daß sie eine Tiefe von 0,1 bis 0,2 mm haben. Der zwischen den in Längsrichtung verlaufenden tiefen Nuten 2 und den flachen Vertiefungen 4 gebildete Winkel wird vorzugsweise so gewählt, daß er zwischen 20° und 80° liegt. Die Steigung P₁ der flachen Vertiefung 4 wird vorzugsweise in Bezug auf die Breite P_Q der flachen Vertiefungen so gewählt, daß das Verhältnis von ^pn/^pi ^e;i-^nen Wert annimmt, der zwischen 1/5 and 2/1 liegt.

Das Wärmerohr hat den Vorteil, daß die Längsrippen einen größeren Kapillareffekt aufgrund der Oberflächen-

spannung an den Innenflächen der Grate 5, d.h. der Brücken aufweisen, wenn die Flüssigkeit durch die tiefen Nuten 2 hindurchgeht. Es ergibt sich eine Steigerung des Kapillareffekts von 20°bis 60°, wobei sie sich abhängig von der Anzahl der flachen Vertiefungen 4 und der Größe der Grate 5 verändert.

Durch die Schaffung der flachen Vertiefungen 4 wird zusätzlich in dem Verdampfungsabschnitt, dem einen Ende 1E des Wärmerohrs, die Flüssigkeit in den tiefen Nuten 2 in die flachen Vertiefungen 4 aufgrund der Kapillarwirkung der flachen Vertiefungen 4 gesaugt. Als Folge davon nimmt die Wärmeübertragungsfläche im Verdampfungsabschnitt um einen Betrag zu, der der von den flachen Nuten gebildeten Fläche entspricht. Dies hat wiederum zur Folge, daß die unerwünschte Neigung des Austrocknens bei großer Wärmezufuhr unterdrückt wird.

Eine Steigerung des Kapillareffekts um das Drei- bis Vierfache kann dadurch erreicht werden„ daß die Innenflächen der tiefen Nuten 2, die Innenflächen der Grate 5 und die flachen Vertiefungen 4 nach der Ausbildung der tiefen Nuten 2 und der flachen Vertiefungen 4 oxidiert werden.

Um den Widerstand gegenüber der Flüssigkeitsströmung in den tiefen Nuten 2 zu verringern und um einen, größeren Flüssigkeitsmengenstrom und somit einen größeren Wärmestrom zu erhalten, haben die tiefen Nuten 2 einen Querschnitt in Form eines Rechtecks, eines auf dem Kopf stehenden Trapezes oder eines Halbkreises, während die flachen Vertiefungen 4 berg- bzw. hügelförmig ' oder halbkreisförmig im Querschnitt ausgebildet sind. Wenn sowohl die tiefen Nuten 2 als auch die flachen Vertiefungen 4 Hügelform haben, ist es schwierig, Grate 5 überhaupt oder nur in kleiner Ausführung bei

der Ausbildung der flachen Vertiefungen auf der Oberseite der Stege auszuformen. Außerdem können flache Vertiefungen 4 mit Rechtecksquerschnitt nur schwer an der Oberseite der Stege 3 ausgebildet werden.

Wenn die flachen Vertiefungen 4 einen hügelförmigen Querschnitt haben, wie dies in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, ist im Querschnitt die äußere Form der Grate 5 ebenfalls hügel- bzw. bergförmig. Die bergförmige äußere Form der Grate 5 führt zu einem Druckabfall der in den tiefen Nuten 2 strömenden Flüssigkeit, der geringer ist als der Druckabfall, wenn die Grate eine rechteckige oder andere Form haben.

Bei der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich jeder Grat 5, der sich bei der Ausformung der flachen Nuten an den Oberseiten der Stege 3 ergibt, über die tiefe Nut 2 und hält ein Ende 5¹ in engem Kontakt mit dem angrenzenden Steg 3. Um diesen Zustand zu gewährleisten, liegt das Ende 5¹ des Grates 5 über dem benachbarten Steg 3. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Kapillarwirkung der tiefen Nuten 2 weiter zu steigern. Dieser Sprung erfolgt durch Reduzieren des Durchmessers des geschlossenen Behälters

1 nach Durchführung der Ausformung.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres, wie es anhand von Fig. 9 und 10 erläutert wird, werden als erster Schritt die tiefen Nuten 2 in der in Fig. 1 und

2 gezeigten Weise in der Innenfläche des geschlossenen Behälters durch eine plastische Bearbeitung ausgebildet, die mittels eines ersten Ziehwerkzeugs durchgeführt wird. Dann werden die flachen Vertiefungen in den Oberflächen der Stege 3 durch plastische Bearbeitung mit einem zweiten Ziehwerkzeug 10 ausgeformt. Das zweite Ziehwerkzeug 10 besteht aus einem Schneidrandabschnitt 11, an welchem Schneidkanten 11a mit einem Steigungs-

bzw. Schraubenwinkel O ausgebildet sind, aus einem Reliefabschnitt 14, aus einem Führungsabschnitt 12, dessen Außendurchmesser gleich dem Durchmesser der Oberseite der Stege 3 im Behälter 1 .ist, und aus einem Schaftabschnitt 13 mit einem Durchmesser, der kleiner als der des Führungsabschnitts ist. Der Spanwinkel bzw. Schneidwinkel oC hinter dem Schneidrandabschnitt 11 ist so gewählt, daß er von 20° bis 60° reicht. Zur Ausbildung der flachen Vertiefungen 4 wird das zweite Werkzeug in Richtung des Pfeils zurückgezogen, wobei es gedreht wird. Danach wird der Behälter einer Oxidationsbehandlung ausgesetzt. Zur Bildung eines geschlossenen Behälters werden die beiden Enden dann entsprechend bearbeitet.

Es ist möglich, die tiefen Nuten 2 bezüglich der Achse des Behälters durch geringes Drehen des ersten Werkzeugs während der Herstellung der tiefen Nuten 2 durch spanabhebende Bearbeitung zu neigen. Der Schraubenbzw. Steigungswinkel θ der Verdrehung der tiefen Nuten 2 bezüglich der Längsachse des geschlossenen Behälters reicht vorzugsweise von 20° bis 80°.

Während der Bearbeitung durch das zweite Ziehwerkzeug werden die abgeschnittenen und aus der Rohrwand entfernten Metallspäne vorübergehend in dem Reliefabschnitt 14 hinter dem Schneidrandabschnitt gespeichert, so daß die erwünschten Grate erfolgreich ausgeformt werden können, ohne daß ihre Ausbildung von den Stahlspänen nachteilig beeinflußt wird.

Als Maßnahme bei der Ausbildung der Brücken zwischen benachbarten Stegen ist es möglich, ein feinmaschiges zylindrisches Kupfernetz in den Behälter nach der Ausbildung der tiefen Nuten und flachen Vertiefungen einzuführen. In diesem Fall werden die Brücken sowohl von den während der Ausformung der flachen Nuten gebildeten

Graten und dem Netz in Form eines KupferZylinders gebildet.

Durch die Ausformung der flachen Vertiefungen und durch die Brücken über den Nuten läßt sich, wie erläutert, der Kapillareffekt der Nuten im Wärmerohr steigern, so daß es mit einem größeren Gefälle als herkömmliche Wärmerohre eingesetzt werden kann, ohne die Wärmetran sportkapa ζ i tat wesentlich zu beeinträchtigen. Die Herstellung des Wärmerohrs ist einfach und kann ohne großen Aufwand erfolgen.

Claims

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FDNER EBBINGHAUS " ■ F " , N C K

■ PATENTANWÄLTE EUROPETAN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN HO POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 60, D-BOOO MÖNCHEN 95

HITACHI,LTD. DEAC-31356.O

19. September 1983

Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs bestehend aus einem geschlossenen Behälter, der mit einer Flüssigkeit für das Verdampfen und Kondensieren in ihm gefüllt und an seiner Innenfläche mit einer Vielzahl von längsverlaufenden tiefen Nuten für die Kapillarwirkung versehen ist, um die Flüssigkeit zu bewegen und dadurch Wärme von einem zum anderen Ende des geschlossenen Behälters zu transportieren, dadurch gekennzeichnet, daß in den Oberseiten von die tiefen Nuten trennenden Stegen durch plastische Verformung eine Vielzahl von flachen Vertiefungen so ausgeformt wird, daß sie die tiefen Nuten schneiden, und daß Brücken ausgebildet werden, die benachbarte Stege über die tiefen Nuten zwischen benachbarten Stegen verbinden, wodurch die von den tiefen Nuten erzeugte Kapillarwirkung gesteigert wird,

ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken von Graten gebildet werden, die bei der Ausformung der flachen Vertiefungen an den Oberseiten der Stege erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der tiefen Nuten einen rechteckigen Querschnitt aufweist, während jede der flachen Vertiefungen einen bergförmigen Querschnitt aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel θ der flachen Vertiefungen bezogen auf die tiefen Nuten von 20° bis 80° reicht.

5. Verfahren nach Anspruch 2_f dadurch g e k e η η ze ichnet, daß die Oberflächen der tiefen Nuten, der flachen Vertiefungen und der Brücken einer Oxidationsbehandlung unterworfen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken von den Graten und einem metallischen Netzwerk gebildet werden.