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Title:
HEAT EXCHANGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/007858
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat exchanger which has a cooling body (9) that is connected on one side to a medium to be cooled (11) and on the other side to a coolant (20) and that transfers the heat of the medium to be cooled to the coolant. The cooling body consists of at least two materials, one of which is more thermally conductive than the other and said more thermally conductive material comes into substantial contact with the medium to be cooled, transferring the heat from the latter towards the less thermally conductive material. Said less thermally conductive material comes into substantial contact with the coolant, to which it, in turn, transfers the heat. The cooling body also has sintered parts which form a porous sinter structure, through which the coolant can flow. The sintered parts consist of the more thermally conductive material and the less thermally conductive material and the sinter temperature of the former is less than or equal to the temperature of the latter.

Inventors:
STOLLENWERK MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/002328
Publication Date:
February 01, 2001
Filing Date:
July 12, 2000
Export Citation:
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Assignee:
STOLLENWERK MICHAEL (DE)
International Classes:
F28F13/00; F28F21/08; H01L21/48; H01L23/373; H01L35/30; (IPC1-7): F28F13/00; F28F21/08; H01L23/373
Domestic Patent References:
WO1999009594A11999-02-25
WO1999009594A11999-02-25
Foreign References:
US5133403A1992-07-28
US4222434A1980-09-16
US4960612A1990-10-02
FR1282095A1962-01-19
EP0365275A21990-04-25
EP0559092A11993-09-08
DE9102117U11991-08-29
DE1639436B11971-02-11
Attorney, Agent or Firm:
Springorum, Harald (Kiani & Springorum Heinrich-Heine-Allee 29 Düsseldorf, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Wärmetauscher, der einen Kühlkörper (9) aufweist, der einerseits mit einem zu küh lenden Medium (11) und andererseits mit einem Kühlmedium (20) in Kontakt steht und die Wärme des zu kühlenden Mediums auf das Kühlmedium überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper mindestens aus zwei Materialien besteht, von denen das eine besser wärmeleitend ist als das andere, und das besser wärmeleitende Material im wesentlichen in Kontakt mit dem zu kühlenden Medium steht und die Wärme vom diesem zu dem schlechter wärmeleitenden Material hin ableitet, welches im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium steht, auf das es seinerseits die Wärme überträgt und der Kühlkörper weiterhin gesinterte Teile aufweist, die eine poröse Sinterstruktur bilden, welche von dem Kühlmedium durchströmt werden kann, wobei gesinterte Teile aus dem besser wärmeleitenden Material und dem schlechter wärme leitenden Material bestehen und die Sintertemperatur des besser wärmeleitenden Ma terials kleiner oder gleich der Temperatur des schlechter wärmeleitenden Materials ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleitende Materialien Metalle Verwendung finden und zwar als besser wärmeleitendes Material ein im Vergleich zum schlechter wärmeleitenden Material edleres Metall und als schlechter wärmeleitendes Material ein im Vergleich zum besser wärmeleitenden Ma terial unedleres Metall.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als besser wärmelei tendes Material Silber und als schlechter wärmeleitendes Material Kupfer verwendet wird.
4. Wärmetauscher nach Ansprch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von dem besser wärmeleitenden Material am Kühlkörper pro Volumeneinheit der gesinterten Kühlkörperteile mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Medium (11) abnimmt.
5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper eine geformte Struktur aus dem besser leitenden Material (8) aufweist, die die Wärme in den Kühlkörper (9) verteilt.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von dem besser wärmeleitenden Material am Kühlkörper pro Volumeneinheit der gesinterten Kühlkörperteile mit zunehmender Entfernung von der geformten Struktur (9) aus dem besser leitenden Material abnimmt.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper eine Kanalstruktur (8,8a) zur Leitung des Kühlmediums aufweist, die das Kühlmedium in dem Kühlkörper verteilt.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalstruktur gebogene Kanäle aufweist.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanal struktur (8) Kanäle aufweist, von denen wiederum Kanäle (8a) abzweigen.
10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Kühlelement zur Kühlung einer Achse (14), dadurch gekennzeichnet, daß ein Materialkörper (15) aus dem besser wärmeleitenden Material innerhalb der zu kühlenden Achse im wesentlichen in Kon takt mit den zu kühlenden Achselementen steht und die Wärme von hier zum hinter mindestens einem Achsende angeordneten, schlechter wärmeleitenden Material hin ableitet, welches dort im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium steht, auf das es seinerseits die Wärme überträgt.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper aus dem besser wärmeleitenden Material gegenüber den Achselementen, die nicht zu kühlen sind, isoliert ist.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß hinter min destens einem Achsende ein mit der Achse rotierender Kühlkörperteil (9a) angeordnet ist, der entgegen der Rotationsrichtung gebogene Kühlrippen aufweist.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mate rialkörper (15) aus dem besser wärmeleitenden Material und dem rotierenden Kühl körperteil (9a) ein Peltierelement (16) angebracht ist, welches mit seiner kühlenden Seite (17) im wesentlichen in Kontakt zu dem Materialkörper (15) aus dem besser wärmeleitenden Material und mit seiner wärmeabgebenden Seite (18) im wesentlichen in Kontakt zu dem rotierenden Kühlkörperteil (9a) steht, so daß hierdurch die Ablei tung der Wärme verbessert wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers, wel ches die folgenden Schritte aufweist : (i) zunächst wird eine Form (7) mit dem für den Wärmetauscher benötigten schlechter wärmeleitenden Material beschickt ; (ii) sodann wird die Form auf eine zum Sintern des schlechter wärmeleitenden Materials erforderliche Temperatur gebracht ; (iii) die Form wird nun auf eine Zwischenabkühltemperatur gebracht ; (iv) gegebenenfalls werden nun Veränderungen an der Form vorgenommen ; (v) dann wird die Form mit dem für den Wärmetauscher benötigten besser wär meleitenden Material beschickt ; (vi) sodann wird die Form auf eine zum Sintern des besser wärmeleitenden Materi als erforderliche Temperatur gebracht, wobei diese kleiner oder gleich der zum Sintern des schlechter wärmeleitenden Materials erforderlichen Temperatur liegen muß ; (vii) schließlich wird die Form auf eine Endabkühltemperatur gebracht.
15. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (7) nach Schritt (i) und vor Schritt (ii) in einem oder mehreren Zwischenschritten auf eine oder mehrere Zwi schentemperaturen gebracht wird.
16. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (7) nach Schritt (ii) und vor Schritt (iii) in einem oder mehreren Zwischenschritten auf eine oder mehrere Zwischentemperaturen gebracht wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 14,15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (7) nach Schritt (v) und vor Schritt (vi) in einem oder mehreren Zwischenschritten auf eine oder mehrere Zwischentemperaturen gebracht wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 14,15,16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (7) nach Schritt (vi) und vor Schritt (vii) in einem oder mehreren Zwischenschritten auf eine oder mehrere Zwischentemperaturen gebracht wird.
19. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als besser wärmeleitendes Material Silber und als schlechter wärmeleitendes Material Kupfer gewählt wird, und das Verfahren folgende Schritte aufweist : (i) zunächst wird eine Form (7) mit dem für den Wärmetauscher benötigten Kup fer beschickt ; (ii) sodann wird die Form auf die zum Sintern des Kupfers erforderliche Tempera tur im Bereich von etwa 1000 °C bis 1100 °C, vorzugsweise 1073°C bis 1079 °C gebracht ; (iii) die Form wird nun auf eine Zwischenabkühltemperatur von 100 °C gebracht ; (iv) gegebenenfalls werden nun Veränderungen an der Form vorgenommen ; (v) dann wird die Form mit dem für den Wärmetauscher benötigten Silber be schickt ; (vi) sodann wird die Form auf die zum Sintern des Silbers erforderliche Tempera tur im Bereich von 200 °C bis 990 °C, vorzugsweise von etwa 900°C bis 950 °C gebracht, wobei diese Temperaturen im Bereich von 200°C bis 990 °C kleiner oder gleich der zum Sintern des schlechter wärmeleitenden Kupfers er forderlichen Temperaturen im Bereich von 1000°C bis 1100 °C sind ; (vii) schließlich wird die Form auf eine Endabkühltemperatur gebracht.
20. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen im Bereich von 1073°C bis 1079 °C in Schritt (ii) für etwa 6 bis 12 Minuten gehalten werden und die Tempe raturen im Bereich von 900°C bis 950 °C in Schritt (vi) ebenfalls für etwa 6 bis 12 Minuten gehalten werden.
21. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (ii) bei niedriger Temperatur eine längere Zeit andauert und bei höherer Temperatur eine kürzere Zeit und zwar in fol gendem Bereich, nämlich 20 Minuten Dauer bei 1000°C bis hin zu 2 Minuten Dauer bei 1100 °C und auch Schritt (vi) bei niedriger Temperatur eine längere Zeit andauert und bei höherer Temperatur eine kürzere Zeit und zwar in folgendem Bereich, näm lich 20 Minuten Dauer bei 200°C bis hin zu 2 Minuten Dauer bei 990 °C.
22. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß unter Schutzgas stattfindet.
23. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff als Schutzgas verwendet wird.
24. Verfahren zur Herstellung eines in Anspruch 1 beanspruchten Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß unter Abdeckung der Sinterform mit schwefelarmer Holzkohle durchgeführt wird.
Description:
Bezeichnung : Wärmetauscher Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmetauscher, sowie Verfahren zu deren Herstellung.

Bekannt sind Wärmetauscher etwa als Kühlkörper in Form von Rippenprofilen, welche vorzugsweise aus Aluminium hersgestellt sind. Deren Kühlleistung ist jedoch durch das maximal erzielbare Verhältnis von Kühlkörperoberfläche zu Kühlkörpervolumen begrenzt.

Weiterhin sind etwa aus der EP 0 559 092 Wärmetauscher aus porösem Metallschaum be- kannt, die dieses Manko zu beheben suchen. Sie erreichen dabei zwar ein besseres Verhält- nis von Kühlkörperoberfläche zu Kühlkörpervolumen, dies jedoch um den Preis einer schlechteren Wärmeleitung bei größeren Poren. Wählt man die Poren jedoch kleiner, so vergrößert sich der Strömungswiderstand des anströmenden Kühlmediums zu stark.

Ähnliche Nachteile weisen Sinterblöcke, wie sie aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift G 91 02 117 bekannt sind, auf. Auch hier läßt sich eine gute Wärmeleitfähigkeit nur durch eine genügend feine Körnung des Sintermaterials erreichen, was wiederum zu einem uner- wünscht hohen Strömungswiderstand des Wärmetauschers führt.

Daher sind diese Lösungen nur bei Verwendung eines flüssigen Kühlmediums praktikabel, welches auch noch bei gröberen Poren der Kühlkörper eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet. Flüssigkühlung bedingt jedoch einen nicht unerheblichen Aufwand für die Heranführung und Ableitung der Kühlflüssigkeit und deren Reinigung oder Vorhaltung in einem Zwischenkreislauf. Ihr Einsatz wird daher in der Regel aufgrund der hiermit ver- bundenen Kosten auf die Fälle beschränkt, in denen dies unumgänglich ist.

Die WO 99/09594 versucht nun diesen Nachteilen durch eine bestimmte geometrische Ausgestaltung beizukommen, indem sie einen gesinterten Kühlkörper vorschlägt, der einen mäanderförmigen Aufbau des Sinterkörpers aufweist und hierdurch die An-und Abström- flächen des Kühlmediums zum Sinterkörper hin und von diesem weg vergrößert, was den Strömungswiderstand des Wäremetauschers verringert und ihn auf diese Weise auch für gasförmige Kühlmedien nutzbar macht.

Der Gegenstand der WO 99/09594 weist jedoch einen entscheidenden Nachteil auf. Die Mäanderform des eigentlichen Sinterkörpers führt sowohl auf der Anströmseite, wie auf der Abströmseite des Kühlmediums zu nebeneinander liegenden, nur durch den Sinterkör- per selbst getrennten Kanälen. Dabei führen die solchermaßen auf der Anströmseite des Kühlmediums liegenden Kanäle zu einem unerwünschten Effekt. Diese Kanäle werden nicht nur an ihren Seiten zu den Abströmkanälen hin durch eine Sinterkörperwand be- grenzt, sondern auch an ihrem jeweiligen Ende durch ein Stück Sinterkörper von der Ab- strömseite des Wärmetauschers getrennt. Somit bilden diese Anströmkanäle eine Art Düse, in der das anströmende Medium zunächst bis zum Ende des Kanals gelangt und dort ver- sucht, durch die den Kanal abschließende Wand aus gesintertem Material zu treten. Erst wenn dort der Strömungswiderstand zu hoch wird, tritt Kühlmedium auch durch die Sei- tenwände des Kanals hindurch, und zwar zunächst durch die dem Kanalabschlußstück nächst gelegenen Seitenstücke und dann mit steigendem Druck durch die von diesem im- mer entfernter gelegenen Teile.

Dies ist höchst unbefriedigend, da der Wärmetauscher nach der WO 99/09594 so zwar ins- gesamt gesehen ein günstiges Verhältnis von Kühlkörperoberfläche zu Kühlkörpervolumen zur Verfügung stellt, jedoch ein anströmendes Kühlmedium diese zur Wäremeabgabe zur Verfügung gestellte Gesamtoberfläche gar nicht nutzen kann, da es nur zu einem geringen Teil zu dieser Gesamtoberfläche in Kontakt tritt. Vielmehr erhält das kleine Sinterkörper- Abschlußstück des Anströmkanals den größten Anteil des anströmenden Kühlmediums, an den es aufgrund der geringen Kontaktfläche in seinem Bereich gar nicht soviel Wärme ab- geben kann, wie dieses aufnehmen könnte. Hingegen erhalten die Sinterkörperseitenwände des Abströmkanals nur eine unzureichende Versorgung mit dem Kühlmedium und können daher ihrerseits die hier zur Wärmeabgabe zur Verfügung stehende Oberfläche nicht aus- nutzen.

Dieser Nachteil schrankt die Brauchbarkeit des Wärmetauschers nach der WO 99/09594 somit insbesondere bei niedrigeren Antrömgeschwindigkeiten des verwendeten Kühlmedi- ums erheblich ein.

Aus der DE AS 1 639 436 ist ferner eine Lösung bekannt, die die Wärmeleitfähigkeit von Sinterkörpern zu verbessern sucht, indem sie einen Sinterkörper zeigt, der aus einem ver- preßten Metallgemisch mit besser und schlechter wärmeleitfähigen Metallen besteht. Hier wird hier die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit jedoch um den Preis der Verminderung der Kühloberfläche erkauft, da der Sinterkörper verpreßt wird und so die Porösität wieder stark vermindert oder sogar beseitigt wird, was damit selbstverständlich auch die Oberflä- che des Körpers verkleinert.

Die Beseitigung der Porösität ist jedoch auch aus anderen Gründen nachteilig. Die poröse Struktur führt nämlich zu einer turbulenten Strömung des Kühlmediums in dem Kühlkör- per, da sie zu einer ausreichenden Geschwindigkeitserhöhung der Strömung führt. Mit zu- nehmender Geschwindigkeit erfolgt nämlich bei der sogenannten kritischen Reynoldszahl ein Umschlag der zunächst laminaren Strömung in eine turbulente Strömung. Ohne diese Struktur hingegen würde die Strömungsgeschwindigkeit nicht steigen und es verbliebe bei einer laminaren Strömung. In der laminaren Strömung bewegen sich die Teilchen des Kühlmediums auf parallelen Bahnen. Die Stromlinien laufen nebeneinander her. Es erfolgt keine Vermischung längs des Strömungsweges. Bedingt durch die Reibung stellt sich in je- der Strömung ein Geschwindigkeitsprofil ein. An der Wand anliegende Teilchen haften.

Mit zunehmendem Abstand von der Wand wird die Geschwindigkeit größer. Das Profil der laminaren Strömung steigt flach an. In der laminaren Rohrströmumg ist es parabolisch.

Bei der wünschenswerten turbulenten Strömung hingegen führen die Teilchen zusätzliche, der Vorwärtsbewegung überlagerte, ungeordnete und regellose Querbewegungen aus. Sie bewegen sich in der Strömung durcheinander. Das Medium vermischt sich längs des Strö- mungsweges dauernd. Die Art der Strömung hat somit entscheidenden Einfluß auf den Wärmeübergang durch Konvektion. Bei laminarer Strömung gelangt die Wärme aus dem Stoffstrominneren an die Wand oder umgekehrt allein durch Wärmeleitung in dem Medi- um. In der turbulenten Strömung ist der Wärmetransport nicht allein auf Leitung angewie- sen. Die Mischbewegung der Teilchen ergibt einen materiellen Austausch von Flüssigkeit oder dem Medium quer zur Strömung und damit einen direkten Wärmetransport. Dieser beträgt ein Vielfaches der reinen Wärmeleitung innerhalb des Mediums. Durch reine Wär- meleitung ist nur noch die laminare Randschicht zu überbrücken. Der Wärmeübergang bei turbulenter Strömung ist dadurch ein vielfaches besser als bei der laminaren Strömung. Er wächst mit steigender Strömungsgeschwindigkeit. Durch Maßnahmen (z. B. Aufrauhung der Oberfläche), die zur Störung oder zur Verkleinerung der laminaren Randschicht füh- ren, läßt er sich verbessern.

Somit ist die Verdichtung eines Kühlkörpers mit Druck wie in der vorstehend angeführten Schrift dargelegt, nicht wünschenswert, sondern vielmehr kontraproduktiv, da sie die Po- rösität des Kühlkörpers beseitigt oder vermindert und damit in Folge auch die Entstehung einer die Wärmeableitung fördernden turbulenten Strömung hindert, wie auch die zur Kühlung zur Verfügung stehende Fläche unerwünschterweise verkleinert.

Damit stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, einen Wärmetauscher anzugeben, der bei günstigem Verhältnis von Kühlkörperoberfläche zu Kühlkörpervolumen und möglichst geringem Strömungswiderstand trotzdem eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gelöst, der einen Kühlkörper aufweist, der einerseits mit einem zu kühlenden Medium und andererseits mit einem Kühlmedium in Kontakt steht und die Wärme des zu kühlenden Mediums auf das Kühlmedium überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper mindestens aus zwei Materialien besteht, von denen das eine besser wärmeleitend ist als das andere, und das besser wärmeleitende Materi- al im wesentlichen in Kontakt mit dem zu kühlenden Medium steht und die Wärme vom diesem zu dem schlechter wärmeleitenden Material hin ableitet, welches im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium steht, auf das es seinerseits die Wärme überträgt und der Kühlkörper weiterhin gesinterte Teile aufweist, die eine poröse Sinterstruktur bilden, wel- che von dem Kühlmedium durchströmt werden kann, wobei gesinterte Teile aus dem bes- ser wärmeleitenden Material und dem schlechter wärmeleitenden Material bestehen und die Sintertemperatur des besser wärmeleitenden Materials kleiner oder gleich der Temperatur des schlechter wärmeleitenden Materials ist.

Im weiteren stellt sich das Problem der unerwünschten Schichtbildung (Patina), welche den Wärmeübergang erheblich verschlechtern kann. Dies soll im folgenden anhand eines Bei- spiels, nämlich der unerwünschten Schichtbildung auf Kupfer näher erläutert werden. Das Problem der Schichtbildung findet sich aber auch in anderen Fällen, wie etwa bei Alumini- um, das eine große Affinität zu Sauerstoff aufweist, so das auch hierfür die nachfolgenden Ausführungen prinzipiell gelten. Unter der Einwirkung von Luftinhaltstoffen und Feuchte entstehen auf blanken Oberflächen wie etwa bei Kupfer, Anlaufschichten etwa aus Kupfer- Oxid. Innerhalb weniger Stunden bilden sich diese Schichten, die zunächst nur sehr dünn, etwa 2 bis 4 u. m und damit noch kaum sichtbar sind, im Zeitablauf werden diese jedoch immer dicker und können auch Dicken zwischen 50 bis 100 pm und mehr erreichen. Mit wachsender Dicke und Dichte verlangsamt sich dann das Anwachsen der Oxidschicht. Im Falle von Kupfer zeigt sich die Zunahme der Schicht im Farbbild. Ausgehend von hellem Kupfer geht die Farbe bei dicker werdender Schicht zunächst in dunkles braun über und im Anschluß daran über dunkel grün bis letztlich hin zu hellem grün. Im Gegensatz zum so- genannten Grünspan, der durch chemische Reaktion von Kupfer mit Essigsäure entsteht und wasserlöslich ist, ist dieser Prozeß das Ergebnis des Einfluß atmosphärischer Bewitte- rung. Die hierbei entstehende Schichtwird Patina genannt und ist in ihrer chemischen Zu- sammensetzung abhängig von den herrschenden atmosphärischen Bedingungen. So kann an verschiedenen geographischen Standorten die Patina im wesentlichen aus basischem Kup- fersulfat, basischem Kupferchlorid oder basischem Kupferkarbonat bestehen. Damit kann unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen auch eine sehr ungünstige chemische Zusam- mensetzung der Patina entstehen auf deren Problematik hier jedoch nicht weiter eingegan- gen werden soll. Die Patina als Deckschicht ist als Schutzschicht für das Kupfer bekannt und dabei in ihrer Schutzwirkung auch unabhängig von der chemischen Zusammenset- zung. Die Korrosionsgeschwindigkeit des blanken Kupfers verlangsamt sich durch die Deckschicht erheblich Die Patina ist selbst sehr stabil und bildet sich bei Beschädigung so- fort wieder neu. So positiv und erwünscht die Patinabildung für die Korrosionsbeständig- keit ist, so nachteilig ist sie jedoch für die Ausnutzung anderer physikalischer Eigenschaf- ten, wie etwa der Wärmeleitfähigkeit des Kupfers unter atmosphärischem, wie auch unter Einfluß anderer Medien, die die Schutzschichtbildung nicht unterbinden oder sogar för- dern. Daher gilt es bei Wärmetauschern solche Patina zu vermeiden. Nichtsdestotrotz führt eine Kühlung des Wärmetauschers mit Luft zu dem Problem, daß mit Zunahme der Feuch- tigkeit eine zunehmende Schichtbildung voranschreitet. Insbesondere bei Kühlung bspw. in Küchenbereichen werden die Wärmetauscher einer hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Im ungünstigsten Fall werden die Wärmetauscher dabei nicht kontinuierlich genutzt, so daß ein kalter Wärmetauscher bei ungünstigen Umgebungsbedingungen sogar Kondenswasser- problemen ausgesetzt wird. Auch in Getränkekühlsystemen ist naturgemäß mit extremer Feuchtigkeitsbelastung zu rechnen. Durch diesen Effekt der Schutzschichtbildung geht so der durch die Porösität verbesserte Wärmeaustausch im Zeitverlauf wieder verloren. Die Wärmetauscherleistung nimmt hier nach und nach mehr und mehr ab.

Da die Patina, anders als der wasserlösliche Grünspan nur schwer zu entfernen ist und au- ßerdem eine regelmäßige Reinigung des Kupfers von dieser Patina-Schicht sofort wieder zur Neubildung führt, kommt eine Reinigung hierzu praktisch nicht in Frage. Dieses Pro- blem verstärkt sich noch bei den gesinterten Wärmetauschern mit ihrer hohen Porösität und großen Oberfläche. Bei der hier gewollten Porösität des Wärmetauschers ist eine Ent- fernung der Patina praktisch nicht mehr möglich.

Einen gewissen Erfolg kann man allerdings mit einem geometrisch geschickten Aufbau des Kühlkörpers erzielen. Es ist nämlich so, daß die Häufigkeit und Dauer von Wasserfilmen auf der Kupferoberfläche einen wesentlichen Einfluß auf die Oxidationsgeschwindigkeit haben. So haben etwa flachgeneigte oder gar waagerechte Flächen eine viel schnellere Oxi- dation zur Folge als steile oder senkrechte Flächen, da bei diesen Niederschläge zumindest ablaufen können und somit tendenziell trockener sind. Führt man daher bei einem Wärme- tauscher den Kühlkörper senkrecht auf der wärmeabgebenden Fläche angebracht aus, so ergibt sich zumindest bei Eindringen von Feuchtigkeit oder feuchtem Kühlmedium ein schneller Abfluß, was eine gewisse Verbesserung bringt. Diese Lösung kann das Problem- die Schichtbildung-jedoch nur verlangsamen, aber nicht verhindern.

Hingegen hat die Sorte oder der Festigkeitszustand des Kupfers keinen Einfluß auf die Pa- tina. Eine spezielle Materialauswahl beim Kupfer scheidet somit zur Problemlösung aus.

Erfindungsgemäß können zur Lösung dieses Problems als wärmeleitende Materialien Me- talle Verwendung finden und zwar als besser wärmeleitendes Material ein im Vergleich zum schlechter wärmeleitenden Material edleres Metall und als schlechter wärmeleitendes Material ein im Vergleich zum besser wärmeleitenden Material unedleres Metall. Hierbei schützt dann das edlere besser wärmeleitendere Metall das unedlere schlechter wärmelei- tendere vor der Schichtbildung und leistet somit synergetisch zwei Dinge gleichzeitig, näm- lich die Verbesserung der Wärmeableitung im Kühlkörper und den Schutz des unedleren Metalls.

Vorzugsweise kann als besser wärmeleitendes Material Silber und als schlechter wärmelei- tendes Material Kupfer verwendet werden.

Gesinterte Teile sind in nahezu allen benötigten Formen besonders leicht herzustellen. Un- ter der Sintertemperatur ist dabei die Temperatur zu verstehen, bei der das Material zu ver- sintern beginn, d. h. die gekörnten Ausgangsmaterialien an ihren Korngrenzen zueinander miteinander verschmelzen und dabei Verbindungen, sogenannte Sinterhälse eingehen. Im Falle einer gemischten Struktur aus zwei gesinterten Materialien bildet die Struktur aus dem schlechter wärmeleitendem Material, etwa Kupfer nun die Trägerstruktur für das gleichfalls gesinterte besser wärmeleitende Material Silber. So ist es möglich Materialstruk- turen aufzubauen, in denen eine geringere Menge des besser wärmeleitenden und in der Regel auch viel teureren Materials dazu verwendet wird, die Wärme vom zu kühlenden Medium in die Kühlkörperstruktur hinein so schnell als möglich wegzuleiten und im Kühlkörper zu verteilen. Hier in der Kühlkörperstruktur kann die Wärmeableitung auf das Kühlmedium dann von einer größeren Menge von dem meist viel billigeren und schlechter wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer, übernommen werden. Voraussetzung hier- für ist jedoch, daß in einem Sinterprozeß zunächst die Trägerstruktur aus dem schlechter wärmeleitenden Material aufgebaut werden kann und es hernach möglich ist, das besser wärmeleitende Material in diese Trägerstruktur hinein zu sintern. Dazu ist es herforderlich, daß die Sintertemperatur des besser leitenden Materials unterhalb oder höchstens gleich der Sintertemperatur des schlechter wärmeleitenden Materials liegt, da ansonsten in dem zwei- ten Sinterprozeß im Ofen die Trägerstruktur zerschmelzen würde und somit unbrauchbar ware.

Die Sintertemperatur hängt im wesentlichen vom Schmelzpunkt des verwendeten Materi- als, seiner Korngröße und der gewünschten Ausprägung der Sinterhälse ab. Liegt der Schmelzpunkt des besser wärmeleitenden Materials jedoch in ausreichendem Abstand un- terhalb des Schmelzpunktes des schlechter wärmeleitenden Materials, so lassen sich die für die vorstehend beschriebene Versinterung zweier Materialien notwendigen Voraussetzun- gen in der Regel schaffen, da dann genügend Spielraum für die Sintertemperaturen ver- bleibt.

Dies gilt insbesondere für Silber und Kupfer, da Silber einen Schmelzpunkt von ca. 961 °C und Kupfer einen Schmelzpunkt von ca. 1083 °C aufweist., wobei Silber schon ab ca.

200 °C zu versintern beginnt.

Vorzugsweise nimmt der Anteil von dem besser wärmeleitenden Material am Kühlkörper pro Volumeneinheit der gesinterten Kühlkörperteile mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Medium ab, da hier dann nach und nach das mehr werdende schlechter wärmeleitende Material die Wärmeleitung der nun schon von dem besser wärmeleitendem Material gut verteilten Wärme übernimmt.

Auch kann der Kühlkörper eine geformte Struktur, vorzugsweise eine Kanalstruktur aus dem besser leitenden Material aufweisen, die die Wärme in den Kühlkörper, vorzugsweise gleichmäßig verteilt. Eine solche Ausführungsform verbessert die schnelle Wärmeableitung und anschließende Verteilung im Kühlkörper noch weiter und ermöglicht es insbesondere auch solche Kühlkörpergeometrien zu wählen, die für einen gleichmäßigen Übergang der beiden wärmeleitenden Materialien vom zu kühlenden Medium weg nicht oder nicht so gut geeignet sind.

Vorzugsweise folgt das besser wärmeleitende Material der Trägerstruktur entlang aller ihrer Formmerkmale, also etwa entlang ausgeformter Kanal-, Säulen, Kegel-oder Kegelteilstruk- turen, wie sie etwa zur gleichmäßigen Verteilung des Kühlmediums im Kühlkörper dienen, und verbessert so noch deren wärmeableitende und wärmeverteilende Funktion. Die Formgebung (also etwa die Ausgestaltung der Form für den Ofen) für den zweiten Sinter- prozeß hat sich dabei der durch den ersten formgebenden Sinterprozeß erhaltenen Kühl- körperform aus dem schlechter wärmeleitenden Material anzupassen. Sie beschränkt den Freiheitsgrad der Formgebung im zweiten Sinterprozeß. Vorzugsweise wird man für die Formgebung des zweiten Sinterprozesses eine Form wählen, die der Struktur der Form für den ersten Sinterprozeß folgt, jedoch noch etwas Raum für das dann zu versinternde besser wärmeleitende Material läßt. Es kann aber auch eine frei geformte Struktur, die die Träger- struktur lediglich als Grundfläche benutzt, gewählt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt der Anteil von dem besser wärmeleitenden Material pro Volumeneinheit der gesinterten Kühl- körperteile mit zunehmender Entfernung von der geformten Struktur aus dem besser lei- tenden Material ab. Dabei leiten die Kanäle aus besser wärmeleitenden Material die Wärme vom zu kühlenden Medium zunächst weg um sie dann an einer Stelle im Kühlkörper mit- tels eines stetigen Materialübergangs zu verteilen, wo die geometrischen Verhältnisse dies zulassen.

Auch kann der Kühlkörper eine Kanalstruktur zur Leitung des Kühlmediums aufweist, die das Kühlmedium in dem Kühlkörper verteilt. Vorzugsweise soll dies so erfolgen, daß das Kühlmedium dabei möglichst gleichmäßig über den Kühlkörper verteilt wird. In einer Aus- führungsform nach der vorliegenden Erfindung kann der Kühlkörper dabei von der Kanal- struktur durchdrungen sein.

Auch kann die Kanalstruktur gebogene Kanäle aufweisen. Sie kann ebenso Kanäle aufwei- sen, von denen wiederum Kanäle abzweigen, wobei von diesen wiederum Kanäle abgehen, von denen wieder Kanäle verzweigen usw., so daß auf diese Weise eine verästelte Struktur gebildet wird, die in möglichst alle Teile des Kühlkörpers verzweigt. Als besonders günstig hat sich dabei eine Struktur von Kanälen erwiesen, die solchermaßen verästelte und dabei gleichzeitig gebogene Kanäle aufweist. Dies gilt in gesteigertem Maße für die hier beschrie- benen porösen Kühlkörper. Ist nämlich der Kühlkörper selbst porös, so folgt das Kühlme- dium in den gebogenen Kanälen zwar im wesentlichen immer der Biegung des Kanals, es gelangt jedoch an der Seite der Kanalbegrenzung an der es, durch die Biegung bedingt, be- ständig anströmt zu einem gewissen Teil immer in die poröse Struktur des Kühlkörpers selbst hinein und verteilt sich solchermaßen schon auf seinem Weg durch die Kanäle selbst in dem Kühlkörper entlang der Kanäle.

Auch kann der Kühlkörper Säulen aufweisen, deren Zwischenräume untereinander im we- sentlichen die Kanalstruktur bilden. Denkbar sind auch Kegel oder Kegelteile, deren Zwi- schenräume untereinander im wesentlichen die Kanalstruktur bilden, wobei diese Kühl- körperkegel oder Kühlkörperkegelteile mit ihrer Kegelspitze oder abgeflachten Kegelspitze alle in die gleiche Richtung weisen können oder auch so angeordnet werden können, daß unmittelbar benachbarte Kühlkörperkegel oder Kühlkörperkegelteile, paarweise betrachtet, mit ihrer Kegelspitze oder abgeflachten Kegelspitze jeweils in die Gegenrichtung zeigen.

Durch diese Strukturen wird das anströmende Kühlmedium gezwungen, den Kühlkörper mäanderförmig zu durchströmen und sich so möglichst gleichmäßig über den gesamten Kühlkörper zu verteilen.

Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen der vorstehenden Wärmeablei- tungsmöglichkeiten, durch geformte Strukturen einerseits und ineinander übergehende Strukturen andererseits möglich, um den Wärmetauscher so möglichst gut an die meist durch äußere Einflüsse (wie etwa Platzmangel) vorgegebenen geometrischen Abmessungen für den zu verwendenden Kühlkörper anpassen zu können.

Mit Hilfe eines solchen Kühlkörperaufbaus lassen sich sogar die durch die WO 99/09594 gelehrten mäanderförmigen Kühlkörper so verbessern, daß selbst im Falle ihrer Geometrie noch eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Kühlkörper erzielt wird, indem im Bereich der Anströmkanalenden der dortige Sinterkühlkörper so ausgeführt wird, daß er in diesem Bereich einen hohen Anteil von besser wärmeleitendem Material aufweist, welcher dann entlang der Anströmkanalseitenwände zugunsten des schlechter wärmeleitenden Materials geringer wird. Kanäle als geformte Strukturen aus besser wärmeleitenden Material vom Kanalendstück weg und zu den Seitenwänden hin vermögen dies noch zu verbessern.

Insbesondere eignen sich diese erfindungsgemäß aufgebauten Wärmetauscher auch dazu, solche Kühlfunktionen zu erfüllen, bei denen eine Kühlung nur in, vorzugsweise kürzeren, Intervallen oder nur unregelmäßig oder nur für eine jeweilig zeitlich begrenzte, vorzugs- weise kurze Dauer benötigt wird. In diesen Fällen führt die schnelle Weiterleitung der Wärme in den Kühlkörper, wo sie dann vom Kühlmedium endgültig abgeleitet wird, dazu, daß in vielen Fällen auf einen Lüfter verzichtet werden kann, wenn der Kühlkörper genü- gend groß dimensioniert ist, wobei der weitaus größte Bereich aus dem schlechter wärme- leitenden Material besteht, was dann gleichsam als Wäremezwischenpuffer wirkt. Der so gewonnene Verzicht auf einen Lüfter stellt nicht nur einen Kostenvorteil, sondern auch einen Vorteil hinsichtlich der verminderten Stromaufnahme wie auch der geringeren Ge- räuschentwicklung dar. In den Fällen, in denen auf einen Lüfter zwar nicht gänzlich ver- zichtet werden kann, kann dieser jedoch durch einen Wärmetauscher nach der vorliegen- den Erfindung oft erheblich kleiner ausgelegt werden, als dies ohne einen solchen möglich gewesen wäre.

Die aus einer Materialkombination, nämlich einem schlechter und einem besser wärmelei- tendem Material hergestellten erfindungsgemäßen Wärmetauscher zeigen insgesamt gesehen eine erheblich verbesserte Leistung, da das besser wärmeleitende Material die Wärme schneller im Kühlkörper auf das schlechter leitende Material verteilt, das jedoch die Wärme dann aufgrund seines größeren Volumens an das Kühlmedium abgeben kann. Besonders deutlich wird dieser Effekt am Beispiel von Kupfer und Silber deren Wärmeleitzahl im Fal- le von Kupfer 384 und Silber 407 beträgt, der Preis von Silber gleichzeitig jedoch bei einem Vielfachen von dem von Kupfer liegt. Hier wird also nur eine geringe Menge des teuren Silbers benötigt, um die Wärme in ein großes Volumen Kupfer hinein zu verteilen, welches sie dann an das Kühlmedium abgibt. Ein Blick auf die relative Leitfähigkeit anderer Mate- rialien zeigt, daß hier auch noch andere Kombinationen verwendbar sind, so beträgt die relative Leitfähigkeit -des Vakuums (Referenzwert) 0, -von Luft 1, -von Aluminium 9000, -von Kupfer 16000, -und von Silber 20000 Auch können die erfindungsgemäßen Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse dienen, indem ein Materialkörper, vorzugsweise ein Stab, etwa ein Rundstab, aus dem besser wärmeleitenden Material innerhalb der zu kühlenden Achse im wesentlichen in Kontakt mit den zu kühlenden Achselementen steht und die Wärme von hier zu dem hin- ter mindestens einem Achsende angeordneten schlechter wärmeleitenden Material hin ab- leitet, welches dort im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium steht, auf das es sei- nerseits die Wärme überträgt. Der Materialkörper kann dabei auch aus gesintertem Material bestehen. Auch kann der Materialkörper aus dem besser wärmeleitenden Material gegen- über den Achselementen, die nicht zu kühlen sind, isoliert werden. Eine solche Isolation kann etwa dergestalt ausgeführt sein, daß ein hochwärmeleitender Stab innerhalb einer Iso- lationsachse angeordnet ist.

Vorzugsweise ist hinter mindestens einem Achsende ein mit der Achse rotierender Kühl- körperteil angeordnet, der entgegen der Rotationsrichtung gebogene Kühlrippen aufweist, was die Kühlwirkung noch verstärkt, wobei der rotierende Kühlkörperteil selbst entspre- chend der vorliegenden Erfindung selbst aus zumindest zwei Materialien, nämlich einem besser wärmeleitendem und einem schlechter wärmeleitendem beschaffen sein kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Wärmetauschers nach der vorlie- genden Erfindung ist zwischen dem Materialkörper aus dem besser wärmeleitenden Materi- al und dem rotierenden Kühlkörperteil ein Peltierelement angebracht, welches mit seiner kühlenden Seite im wesentlichen in Kontakt zu dem Materialkörper aus dem besser wärme- leitenden Material und mit seiner wärmeabgebenden Seite im wesentlichen in Kontakt zu dem rotierenden Kühlkörperteil steht, so daß hierdurch die Ableitung der Wärme noch weiter verbessert wird.

Die erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit gesintertem Kühlelement und poröser Sinter- struktur können auch so gefertigt werden, daß, anstatt gesintert zu werden, ihr gekörntes Ausgangsmaterial mittels Bestrahlung durch Mikrowellen miteinander verbunden wird und so eine sinterähnliche poröse Struktur bildet, welche von dem Kühlmedium durchströmt werden kann.

Dabei werden genau wie bei Versintern von gekörnten Materialien, wie etwa Metallpul- vern, Negativ-Formen der zu erzeugenden Gegenstände, etwa der Kühlkörper, mit dem gekörnten Material befüllt und dann der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt. Die gekörnten Materialien gehen dabei wie beim Sintern an ihren jeweiligen Kontaktstellen Verbindungen ein. Im Gegensatz zum Sintern ergeben sich hierbei jedoch weniger Verklumpungsproble- me. Die Ausprägung der Sinterhälse ist besser reproduzierbar, was die Fertigung im Hin- blick auf gleichmäßige Qualitäten erheblich vereinfacht. Anders als feste Metalle absorbie- ren Metallpulver in Abhängigkeit ihrer Korngröße die energiereichen Wellen eher als sie zu reflektieren.

Hierbei ergeben sich Strukturen, die eine noch bessere Wärmeleitfähigkeit aufwelsen als gesinterte Teile. Auch ist die Stoßfestigkeit dieser Teile verbessert, was insbesondere Ein- satzgebieten, in denen Wärmetauscher Erschütterungen ausgesetzt sind, wie etwa in Fahr- zeugen, zum Vorteil gereicht ; ihre Lebensdauer verlängert sich, die Bruchgefahr sinkt.

All diese Ausführungsform sind jedoch originär gesinterten Teilen in ihrer Kühlfunktion gleichwertig.

Um erfindungsgemäße Wärmetauscher herzustellen, bei denen die gesinterten Teile aus einem besser wärmeleitenden Material und einem schlechter wärmeleitenden Material be- stehen und auch diese beiden Materialien miteinander eine poröse Sinterstruktur bilden, wobei die Sintertemperatur des besser wärmeleitenden Materials kleiner oder gleich der Temperatur des schlechter wärmeleitenden Materials ist, eignet sich folgendes Verfahren : Zunächst wird eine Form mit dem für den Wärmetauscher benötigten schlechter wärmelei- tenden Material beschickt. Sodann wird die Form auf eine zum Sintern des schlechter wärmeleitenden Materials erforderliche Temperatur gebracht. Die Form wird nun auf eine Zwischenabkühltemperatur abgekühlt, falls notwendig werden dann Veränderungen an der Form vorgenommen (etwa um eine dem besser wärmeleitenden Material angepaßte Struk- tur zu erzeugen). Als Zwischenabkühltemperatur dient dabei vorzugsweise die normale Umgebungstemperatur der Luft, jedoch reicht es, vorzugsweise dann, wenn keine Verände- rungen an der Form vorgenommen werden, auch die Form auf eine Temperatur unterhalb von 200 °C, vorzugsweise etwa auf 100 °C abzukühlen. Sodann wird die Form mit dem für den Wärmetauscher benötigten besser wärmeleitenden Material beschickt und hernach auf eine zum Sintern des besser wärmeleitenden Materials erforderliche Temperatur gebracht, wobei diese Temperatur kleiner oder gleich der liegt, die zum Sintern des schlechter wär- meleitenden Materials erforderlichen maximalen Temperatur benötigt wird. Schließlich kann die Form auf eine Endtemperatur des Verfahrens abkühlen. Als Endtemperatur dient dabei vorzugsweise die normale Umgebungstemperatur der Luft.

Vorzugsweise wird in diesem Verfahren die Form nach der Beschickung mit schlechter wärmeleitendem Material und in Zwischenschritten auf eine oder mehrere Zwischentem- peraturen gebracht, bevor die zum Sintern dieses Materials erforderliche Temperatur er- reicht wird.

Ebenso kann auch in Zwischenschritten wieder auf die Zwischenabkühltemperatur herun- tergefahren werden.

Entsprechendes gilt auch für das Sintern des zweiten besser wärmeitenden Materials. Auch hier kann das Anfahren der Sintertemperatur ebenso wie das Absenken wiederum in Zwi- schenschritten erfolgen.

Als besser wärmeleitendes Material eignet sich hierbei vorzugsweise Silber und als schlech- ter wärmeleitendes Material Kupfer. Dabei läuft das Verfahren wie folgt ab : -Zunächst wird eine Form mit dem für den Wärmetauscher benötigten Kupfer be- schickt.

-Sodann wird die Form zum Sintern des Kupfers für etwa 12 Minuten auf 1.073 °C gebracht. (Alternativ kann sie auch für etwa 10 Minuten auf 1.075 °C oder für et- wa 8 Minuten auf 1.077 °C oder für etwa 6 Minuten auf 1079 °C gebracht wer- den) -Hieran anschließend kann die Form nun auf eine Zwischenabkühltemperatur von 100 °C abkühlen.

-Falls notwendig, werden nun Veränderungen an der Form für das zu sinternde Silber vorgenommen.

-Dann wird die Form mit dem für den Wärmetauscher benötigten Silber beschickt.

-Sodann wird die Form zum Sintern des Silbers für etwa 12 Minuten auf 900 °C gebracht. (Alternativ kann sie auch für etwa 10 Minuten auf 920 °C oder für etwa 8 Minuten auf 935 °C oder für etwa 6 Minuten auf 950 °C gebracht werden.) Die- se Temperaturen sind dabei kleiner als oder gleich wie die zum Sintern des schlech- ter wärmeleitenden Kupfers erforderlichen Temperaturen.

-Zum Abschluß kann die Form dann abkühlen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform läuft das erfindungegemäße Verfahren so ab, daß der Schritt zum Sintern des Kupfers bei niedriger Temperatur eine längere Zeit andauert und bei höherer Temperatur eine kürzere Zeit und zwar in folgen- dem Bereich, nämlich 20 Minuten Dauer bei 1000°C bis hin zu 2 Minuten Dauer bei 1100 °C und auch der Schritt zum Sintern des Silbers bei niedriger Temperatur eine längere Zeit andauert und bei höherer Temperatur eine kürzere Zeit und zwar in folgendem Be- reich, nämlich 20 Minuten Dauer bei 200°C bis hin zu 2 Minuten Dauer bei 990 °C. Vor- zugsweise steigt dabei in den jeweiligen Bereichen die Zeit umgekehrt proportional zur sinkenden Temperatur an. Dieses gilt sinngemäß natürlich nicht nur für Kupfer und Silber, sondern auch für andere geeignete schlechter und besser wärmeleitenden Materialien, wobei die Temperaturen entsprechend dem jeweiligen Material anzupassen sind Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Sintervererfahren im Sinterofen unter Schutzgas, etwa Wasserstoff durchgeführt.

Der Sinterprozeß kann aber auch unter Abdeckung der Sinterform mit, vorzugsweise schwefelarmer, Holzkohle durchgeführt werden. Hierbei wird die Holzkohle oben auf die Form zur Abdeckung aufgebracht, etwa im Falle einer abgeschlossenen Form mit Deckel.

Auf diese Weise verbrennt sie den bei der Temperaturerhöhung verbleibenden Sauerstoff in der Form. Aus der Gießereitechnik ist nämlich bekannt, daß Sauerstoff in der Schmelze zu Lunkern führt, was Mängel in der Oberfläche hervorruft. Der Vorteil der Holzkohle be- steht, im Falle der Verwendung von Kupfer zum Sintern darin, daß Kupfer, anders als etwa Stahl, nicht mit Kohlenstoff reagiert und die Holzkohle während des Erhitzungsprozesses den Sauerstoff fernhält, in dem sie mit ihm reagiert. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Holzkohle möglichst schwefelarm ist, da ein zu hoher Schwefelanteil zu Materialbruchstel- len führen kann.

Der für das Sinterverfahren eingesetzte Ofen muß über eine hohe Temperaturgenauigkeit verfügen (etwa Fabrikate Alino Düren, Brands Düren oder auch geeignete Lötöfen). Die Sinterhalsausprägungen (ca. 30 % sind angestrebt) können über eingesetzte Korngröße des Materials, die Temperaturen und Verweildauern beeinflußt werden.

Im folgenden werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen : Fig. 1 ein Beispiel einer Sinterofenform im Schnitt von der Seite her, Fig. 2 ein Beispiel einer Sinterofenform zur Herstellung von Kühlkörpern die Säulen oder Kegel bzw. Kegelteile aufweisen in Aufsicht von oben her, Fig. 3 ein Beispiel. einer Sinterofenform anhand der veranschaulicht werden soll, wie Kühlkörper aus 2 Materialien gesintert werden, dies im Schnitt von der Seite her, Fig. 4 ein Beispiel eines gesinterten Kühlkörpers, der überwiegend aus einem schlechter wärmeleitenden Material, etwa Kupfer, besteht in Aufsicht, Fig. 5 ein Beispiel eines gesinterten Kühlkörpers, der überwiegend aus einem schlechter wärmeleitenden Material, etwa Kupfer, besteht in perspektivischer Ansicht, Fig. 6 einen gesinterten Kühlkörper in Aufsicht, bei dem die gesinterten Teile aus einem besser wärmeleitenden Material (z. B. Silber) und einem schlechter wärmeleitenden Material (z. B. Kupfer) bestehen, Fig. 7 einen Wärmetauscher der aus mehreren Kühlkörpern aufgebaut ist, Fig. 8a und 8b einen Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse in Seiten- ansicht, Fig. 9 einen weiteren Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse unter Verwendung eines Peltierelements, Fig. 10 noch einen Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse mit einem Rotationskühlkörperteil, das gebogene Rippen aufweist, und Fig. 11 und 1 la wiederum einen weiteren erfindungsgemäßen Wärmetauscher zur Küh- lung einer Achse aus zwei Materialien.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Sinterofenform im Schnitt von der Seite her, die mit dem zu versinternden Material bis zu einer Befüllhöhe 1 beschickt wird. In Befüllhöhe 1 kann da- bei eine Abdeckplatte 2 aufgelegt werden, die entweder nur zur Glättung dient und vor dem eigentlichen Ofenprozeß wieder entfernt wird oder aber selbst zum Bestandteil des Kühlkörpers wird. In letzterem Falle ist die Platte vorzugsweise in dem gleichen Material ausgeführt wie das Sintermaterial, mit dem die Form beschickt wird oder aber sie wird in einem zweiten Fertigungsschritt in einem besser wärmeleitenden Material, vorzugsweise Silber, ausgeführt. In diesem Falle sintert das besser wärmeleitende Material der Platte wäh- rend des Sinterprozesses auch in die zuvor gesinterte Trägerstruktur aus schlechter wärme- leitendem Material hinein. Die Form weist weiterhin negativ ausgeformte Strukturen 3, hier in Form von Rippen auf, die dem Sintermaterial ihre Form aufprägen. Das Sintermate- rial selbst wird in den von dieser Form freigelassenen Raum 4 befüllt, um dann im Ofen verarbeitet zu werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Sinterofenform in Aufsicht von oben her zur Herstellung von Kühlkörpern die Säulen oder Kegel bzw. Kegelteile aufweisen. Das zu sinternde Material wird dabei in den von dieser Form frei gelassenen Raum 4 befüllt und bildet so die gwünschte Form.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Sinterofenform 7 im Schnitt von der Seite her, anhand der veranschaulicht werden soll, wie Kühlkörper aus 2 Materialien gesintert werden. Um einen aus zwei Materialien gesinterten Kühlkörper zu fertigen, wird das schlechter wärmeleitende Material, welches vorzugsweise in Pulverform vorliegt in eine Form eingebracht, die aus einem oberen Teil 5 und einem unteren Teil 6 besteht. Dies geschieht beispielsweise derart, daß der untere Teil der Form 6 zunächst ausreichend mit Metallpulver befüllt wird, worin dann der obere Formteil 5 hineingedrückt wird. Durch hinreichendes Rütteln und schüt- teln wird das zu sinternde Metallpulver dann in dem dann noch von der Form frei gelasse- nen Raum 4 verteilt, wobei dies Verteilen auch durch Befüllen und Kippen der Form ge- schehen kann. Sodann kann die solchermaßen beschickte Form im Ofen aufgeheizt wer- den.

Nachdem diese erste Verarbeitungsstufe abgeschlossen ist, wird der obere Formteil 5 durch einen neuen Formteil ersetzt, welcher nun einen neuen Raum zwischen dem in der ersten Stufe gesinterten Körper und der Form freiläßt. Hierin wird nun das zweite besser wärme- leitende Material befüllt und im weiteren wie bei dem zuerst verarbeiteten Material verfah- ren. Das zweite besser wärmeleitende Material nutzt so das erste schlechter wärmeleitende Material als Trägerstruktur bei seiner Sinterung.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines gesinterten Kühlkörpers 9, der überwiegend aus einem schlechter wärmeleitenden Material, etwa Kupfer besteht, in Aufsicht. Zusätzlich weist er jedoch geformte Strukturen (etwa Rippen) 8 aus einem besser wärmeleitendem Material, vorzugsweise Silber, auf, die die vom zu kühlenden Medium abzuführende Wärme in den Kühlkörper 9 verteilt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines gesinterten Kühlkörpers 9, der überwiegend aus einem schlechter wärmeleitenden Material, etwa Kupfer besteht, in perspektivischer Ansicht.

Auch er weist geformte Strukturen (hier Kanäle) 8 aus einem besser wärmeleitendem Mate- rial, vorzugsweise Silber, auf, die die vom zu kühlenden Medium abzuführende Wärme in den Kühlkörper 9 verteilen. Die Kanäle 8 sind dabei auch gebogen und verzweigen wieder- um in weitere Kanäle, so daß eine verästelte Struktur mit feinen Kanalenden 8a entsteht, die in den Kühlkörper 9 hineireicht.

Statt oder zusätzlich zu einer Silberkanalstruktur 8 ist auch eine Hohlkanalstruktur glei- chen oder ähnlichen Aufbaus möglich, durch die ein Kühlmedium in den Kühlkörper 9 hineingeleitet werden kann.

Fig. 6 zeigt einen gesinterten Kühlkörper 9 in Aufsicht, bei dem die gesinterten Teile aus einem besser wärmeleitenden Material (z. B. Silber) und einem schlechter wärmeleitenden Material (z. B. Kupfer) bestehen und diese beiden Materialien miteinander eine poröse Sin- terstruktur bilden und der Kühlkörper desweiteren eine geformte Struktur 8 aus dem bes- ser leitenden Material aufweist, die die Wärme in den Kühlkörper 9 verteilt, wobei der An- teil von dem besser wärmeleitenden Material im Kühlkörper pro Volumeneinheit der gesinterten Kühlkörperteile sowohl mit zunehmender Entfernung von dem zu kühlenden Medium 11 wie auch mit zunehmender Entfernung von der Kanalstruktur 8 aus dem besser leitenden Material abnimmt. So ergibt sich ein besonders hoher Anteil des besser wärmelei- tenden Materials in Zone 10 a, die sowohl in der Nähe des zu kühlenden Mediums 11, wie auch in der Nähe der Kanalstruktur 8 liegt. Auch in Zone 10b, die überwiegend in der Nä- he der Kanalstruktur 8 liegt, ist dieser Anteil noch hoch, wohingegen er in Zone 10c schon geringer ausfällt und schließlich in Zone 10d minimal wird. Auf diese Weise wird eine be- sonders gute Wärmeverteilung in den Kühlkörper hinein erreicht.

Fig. 7 zeigt einen Wärmetauscher 23, der aus mehreren Kühlkörpern 9 (wie sie beispiels- weise in Fig. 6 zu sehen sind) schichtweise zwischen zwei Begrenzungen 12a und 12b auf- gebaut ist und bei dem zwischen den einzelnen Kühlkörpern 9 Zwischenräume 13 beste- hen, durch die ein Kühlmedium, beispielsweise Luft zu den Kühlkörpern 9 hingeleitet werden kann.

Fig. 8a und 8b zeigen einen Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse 14, in Seitenansicht (Fig. 8a), wie auch in Aufsicht (Fig. 8b), bei dem ein Materialkörper 15 aus besser wärmeleitendem Material innerhalb der zu kühlenden Achse 14 im wesentlichen in Kontakt mit den zu kühlenden Achselementen steht und die Wärme von hier zu dem hin- ter mindestens einem Achsende angeordneten Kühlkörperteil 9b hin ableitet. Dabei besteht das Kühlkörperteil 9b hier selbst aus zwei Materialien, nämlich aus dem besser wärmelei- tenden Material, aus dem auch der Materialkörper 15 besteht und einem schlechter wärme- leitenden Material, welches im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium steht, auf das es seinerseits die Wärme überträgt. Durch die Anordnung dieses Kühlkörperteiles 9b hinter mindestens einem Achsende wird somit erreicht, daß auch das schlechter wärmelei- tende Material, welches im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium steht, hinter mindestens einem Achsende liegt. Auch ist hier das Kühlkörperteil 9b so beschaffen, daß es gesinterte Teile aufweist, die eine poröse Sinterstruktur bilden, welche von dem Kühlmedi- um durchströmt werden kann, wobei gesinterte Teile aus dem besser wärmeleitenden Ma- terial und dem schlechter wärmeleitenden Material bestehen und die Sintertemperatur des besser wärmeleitenden Materials kleiner oder gleich der Temperatur des schlechter wärme- leitenden Materials ist.

Fig. 9 zeigt einen Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse nach Fig. 8a, 8b, wobei hier zwischen dem Materialkörper 15 und dem Kühlkörperteil 9b noch ein Pel- tierelement 16 zur weiteren Verbesserung der Wärmeableitung angeordnet ist. Die kalte Seite 17 des Peltierelements ist dabei dem Materialkörper 15 und die warme Seite des Ele- ments 18 dem Kühlkörperteil 9b zugewandt.

Fig. 10 zeigt einen Wärmetauscher als Kühlelement zur Kühlung einer Achse nach Fig. 8a, 8b, wobei hier das Kühlkörperteil als rotierendes Kühlkörperteil 9a mit entgegen der Rota- tionsrichtung der Achse gebogene Kühlrippen ausgeführt ist, die durch ein sie auf dem Um- fang umfassendes Stabilisierungsband 19 gehalten werden.

Fig. 11 und lla zeigen einen Wärmetauscher, der ein Kühlkörperteil 9 aufweist, der einer- seits mit einem zu kühlenden Medium und andererseits mit einem Kühlmedium 20 in Kon- takt steht und die Wärme des zu kühlenden Mediums auf das Kühlmedium 20 überträgt, wobei das Kühlkörperteil 9 aus mindestens zwei Materialien besteht, von denen das eine besser wärmeleitend ist als das andere, und das besser wärmeleitende Material im wesentli- chen in Kontakt mit den zu kühlenden Achselementen steht und die Wärme vom diesen zu dem schlechter wärmeleitenden Material hin ableitet, welches im wesentlichen in Kontakt mit dem Kühlmedium 20 steht, auf das es seinerseits die Wärme überträgt. Die Struktur wird dabei von Stabilisierungsbändern 19 zusammengehalten.