DE10036475A1 - Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei mechanischen Bauteilen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei mechanischen BauteilenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei mechanischen Bauteilen einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche oder eines Volumens, bei dem das technische Problem, eine zuverlässige wärmeleitende Verbindung herzustellen, gelöst ist durch ein Verfahren, bei dem die miteinander zu verbindenden Oberflächen der beiden Bauteile durch eine erste grobe mechanische Bearbeitung hergestellt werden, bei dem die Oberflächen durch eine zweite feine Bearbeitung geebnet werden, bei dem die Oberflächen durch eine dritte Bearbeitung aufgerauht werden, bei dem mindestens eine der Oberflächen mit einer wärmeleitenden Paste versehen wird, bei dem die beiden mechanischen Bauteile unter Druck in Anlage miteinander gebracht und gegeneinander verschoben werden und bei dem die beiden Bauteile in ihrer Anlageposition zueinander fixiert werden. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche oder eines Volumens sowie einen Kühlbehälter.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei mechanischen Bau
teilen einer Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche
oder eines Volumens mit den gattungsgemäßen Merkmalen des
Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zum Temperieren einer
Fläche oder eines Volumens selbst mit den Merkmalen des
Oberbegriffes des Anspruches 6.
Aus dem Stand der Technik sind eine gattungsgemäße Vor
richtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt,
bei dem die mechanischen Bauteile ohne eine genaue Aus
richtung und Vorbehandlung zusammengebaut werden. Der
wärmeleitende Kontakt zwischen den relevanten Oberflächen
entsteht dabei zufällig zwischen den hervorstehenden Ab
schnitten der Oberflächen, so daß nur ein geringer Bruch
teil der Oberflächen zur Wärmeleitfähigkeit beiträgt.
Denn wenn auch zur Kontaktbildung zwischen den Oberflä
chen eine wärmeleitende Paste verwendet wird, so ist de
ren Wärmeübertragungskoeffizient erheblich geringer als
es bei einem direkten Kontakt zwischen den metallenen
Oberflächen der Bauteile selbst der Fall ist. Reichen da
her bei der bisher bekannten Zusammenbauweise die Anzahl
der echten Kontaktstellen nicht aus, so wird eine nicht
brauchbare wärmeleitende Verbindung zwischen zwei Bautei
len erzeugt. Der Anteil an Ausschußware ist daher teil
weise beträchtlich.
Zudem treten beim Erwärmen oder beim Abkühlen der Bautei
le unterschiedliche Wärmeausdehnungen auf, die zu mechanischen
Spannungen und durchaus zu Verformungen der Bau
teile führen. Der bei Raumtemperatur herrschende mechani
sche Kontakt zwischen den Oberflächen kann somit teilwei
se während des Betriebes wieder aufgehoben werden.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrun
de, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei de
nen die zuvor aufgezeigten Nachteile behoben werden, so
daß eine zuverlässige wärmeleitende Verbindung, insbeson
dere bei Vorrichtungen zum Temperieren einer Fläche oder
eines Volumens hergestellt werden kann.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird gemäß einer
ersten Lehre der vorliegenden Erfindung durch ein Verfah
ren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, bei dem
die miteinander zu verbindenden Oberflächen der beiden
Bauteile durch eine erste grobe mechanische Bearbeitung
hergestellt werden, bei dem die Oberflächen durch eine
zweite feine Bearbeitung geebnet werden, bei dem die
Oberflächen durch eine dritte Bearbeitung aufgerauht wer
den, bei dem mindestens eine der Oberflächen mit einer
wärmeleitenden Paste versehen wird, bei dem die beiden
mechanischen Bauteile unter Druck in Anlage miteinander
gebracht und gegeneinander verschoben werden und bei dem
die beiden Bauteile in ihrer Anlageposition zueinander
fixiert werden.
In bevorzugter Weise wird als erste grobe mechanische Be
arbeitung Fräsen oder Sägen angewendet. Dadurch wird zu
nächst eine grob strukturierte Oberfläche erzeugt, deren
Oberfläche noch so uneben ist, daß die Oberflächen nicht
in ausreichendem Maß miteinander in Kontakt gebracht wer
den können. Daher wird vorzugsweise als zweite feine me
chanische Bearbeitung Schleifen oder Polieren angewendet.
Dadurch können im Prinzip die Oberflächen über große Flä
chenbereiche aneinander anliegen, jedoch hat die Praxis
gezeigt, daß die genaue Oberflächenstruktur letztlich
doch zu uneben ist und weite Bereiche der Oberflächen be
abstandet zueinander angeordnet sind. Daher werden wäh
rend der dritten mechanischen Bearbeitung die Oberflächen
mit Sand bestrahlt. Es wird also der zuvor eben ausgebil
deten Oberfläche eine definierte Rauhigkeit hinzugefügt,
die beim nachfolgenden Aneinanderdrücken und Verschieben
zu einer Verzahnung und Ineinandergreifen der - ggf. so
gar atomaren - Strukturen der Oberflächen führt. Ein er
heblicher Anteil an echten mechanischen Kontakten zwi
schen den metallenen Oberflächen ist das Ergebnis. Nach
dem Verschieben und Andrücken der beiden Bauteile ist es
erforderlich, diese miteinander fest zu verbinden, damit
das Ineinandergreifen der Oberflächenstrukturen gesichert
wird.
In weiter bevorzugter Weise wird während des gegenseiti
gen Verschiebens der beiden Bauteile eine im wesentlichen
kreisförmige Bewegung oder eine Hin- und Herbewegung
durchgeführt. Dieses hat den Vorteil, daß die beiden Bau
teile zunächst in der Position aufeinander gesetzt werden
können, in der sie nach dem Verschieben fixiert werden
sollen. Zudem kann das Verschieben mehrfach durchgeführt
werden, ohne daß die Ausgangsposition zu weit verlassen
würde.
Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, daß durch eine
sorgfältige Vorbehandlung der zu verbindenden Oberflächen
das Ausmaß der echten Kontakte zwischen den Metallen der
zu verbindenden Bauteile erheblich vergrößert werden
kann. Somit wird nicht nur die Effektivität der Wärme
übertragung vergrößert, sondern der Anteil des bei der
Herstellung anfallenden Ausschusses wird erheblich ver
ringert.
Das oben aufgezeigte technische Problem wird zudem erfin
dungsgemäß nach einer zweiten Lehre der Erfindung durch
Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche oder eines Volu
mens mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Weitere
Merkmale sind in den Unteransprüchen 7 bis 11 dargelegt.
Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung ergibt sich
durch einen Kühlbehälter nach einem der Ansprüche 12 bis
14, bei dem die Kühlfläche zumindest einen Teil des Bo
dens des Innenraumes bildet. Diese Lösung hat unabhängig
von der bisher erläuterten Erfindung einen selbständigen
erfinderischen Charakter.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügte
Zeichnung bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperie
ren einer Fläche oder eines Volumens im Teil
querschnitt,
Fig. 2 eine Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche
oder eines Volumens im Überblick im Querschnitt,
Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung in einer
Draufsicht,
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Kühlbehälter in einer
Vorderansicht und
Fig. 5 den in Fig. 4 dargestellten Kühlbehälter im
Querschnitt von der Seite.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung im Detail.
Die Fig. 2 und 3 zeigen im Überblick eine Temperiervor
richtung 12, mit der eine Fläche gekühlt oder erwärmt
werden kann. Die Temperiervorrichtung 12 weist ein Gehäu
se 14 mit einer Bodenplatte 16, Seitenplatten 18 sowie
Eckelemente 20 auf, die als Standbeine dienen. Mit der
Bodenplatte 16 sind vier Wärmetauscher 2 verbunden, die
einen Freiraum zwischen sich freilassen. In diesem Frei
raum sind auf der Bodenplatte 16 zwei Ventilatoren 22 an
geordnet, die Luft durch jeweils eine Öffnung 24 in der
Bodenplatte 16 ansaugen und radial nach außen abgeben.
Die somit erzeugte Luftströmung strömt von den Seiten
platten 18 eingeschlossen in Richtung der Eintrittsöff
nungen 8 der Wärmetauscher 2, so daß ein Luftstrom durch
die von den Rippen 6 der Wärmetauscher 2 gebildeten Strö
mungskanäle hindurch strömt und einen Wärmeaustausch er
möglicht. Die Wärmetauscher 2 sowie die Ventilatoren 22
sind nach oben hin durch eine Abdeckplatte 26 zum größten
Teil abgedeckt. Lediglich im Bereich separater Öffnungen
28 sind Peltierelemente 30 vorgesehen, die wärmeleitend
mit den Wärmetauscher 2 über das dem Peltierelement 30
zugewandte Wandelement 4 verbunden sind.
Über ein weiteres Wärmeleitelement 32 sind die Peltiere
lemente 30 jeweils mit einer Temperierfläche 34 verbun
den, die somit wärmeleitend mit den Peltierelementen 30
verbunden ist. Somit wird bei dem in den Fig. 2 und 3
dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperierfläche 34
an vier verschiedenen Flächenabschnitten gekühlt oder er
wärmt. Die Funktionsweise als Kühlelement bzw. als Wär
meelement wird durch eine entsprechende elektrische An
steuerung der Peltierelemente 30 in bekannter Weise er
reicht.
Fig. 1 zeigt nun im Detail, wie die Oberflächen der ein
zelnen Bauteile der zuvor beschriebenen Vorrichtung mit
einander in Eingriff stehen. Erfindungsgemäß sind die an
einander anliegenden Oberflächen mindestens eines der
Paare von aneinander angrenzenden Bauteilen, wie im fol
genden erläutert wird, im wesentlichen eben und aufge
rauht, nämlich insbesondere nach einem Verfahren nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt.
Weiterhin sind die Oberflächen des Peltierelements 30 und
des Wärmeleitelementes 32 im wesentlichen eben und aufge
rauht, vorzugsweise nach einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 5 hergestellt.
Das Wärmeleitelement 32 ist mit dem Wärmetauscher 2 ver
bunden und klemmt das Peltierelement 30 zwischen sich und
dem Wärmetauscher 2 ein. Dazu sind Schrauben 40 vorgese
hen, die in Senkbohrungen 42 mit dem Wärmeleitelement 32
einerseits und mit ihrem Gewinde mit Gewindebohrungen im
Wärmetauscher 2 andererseits in Eingriff stehen. In dem
durch die Höhe des Peltierelementes 30 vorgegebenen Zwi
schenraum zwischen dem Wärmetauscher 2 und dem Wärmelei
telement 32 ist für jede Schraube 40 ein elastischer Ring
44, vorzugsweise aus Gummi, angeordnet. Der Ring 44 dient
dabei einem Auffangen von mechanischen Spannungen, die
durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Wärmetau
schers 2, des Peltiereiementes 30 und des Wärmeleitele
mentes 32 hervorgerufen werden. Somit kann der Druck auf
das Peltierelement 30 weitgehend konstant gehalten werden
und die wärmeleitenden Kontakte zwischen den Oberflächen
des Wärmetauschers 2 und dem Peltierelement 30 sowie zwi
schen dem Wärmeleitelement 32 und dem Peltierelement 30
bleiben weitgehend unbeeinflußt von diesen mechanischen
Spannungen.
Weiterhin ist das Wärmeleitelement 32 mit der Temperier
fläche 34 verbunden, wozu Schrauben 50 vorgesehen sind,
die einerseits an der dem Peltierelement 30 zugewandten
Seite des Wärmeleitelementes 32 anliegen und mit einer
Gewindebohrung 52 in der Temperierfläche 34 in Eingriff
stehen. Die Schrauben 50 sind weiterhin gegenüber dem
Wärmeleitelement 32 über elastische Unterlegscheiben 54
abgestützt, so daß auch hier unterschiedliche Temperatur
ausdehnungen der beiden verbundenen Elemente ausgeglichen
werden können.
Für eine Regelung der Temperierleistung der Temperiervor
richtung kann eine Steuerung vorgesehen sein, die eine
Regelung der Vorsorungsspannung des Peltierelementes in
Abhängigkeit von der Temperatur vornimmt.
Als Beispiele für die in den Fig. 2 und 3 dargestellte
Vorrichtung kann eine Wärmeplatte oder ein Warmhaltebe
hälter angegeben werden. Andererseits kann die Vorrich
tung als Kühlplatte oder als Kühlbehälter ausgebildet
sein.
In den Fig. 4 und 5 ist ein erfindungsgemäßer Kühlbehäl
ter dargestellt. Dieser weist ein Kühlgehäuse 60 auf, wo
bei eine Kühlfläche 62 einen Teil der Innenwandung des
Kühlgehäuses 60 bildet. Die Kühlfläche 62 bildet erfin
dungsgemäß zumindest einen Teil des Bodens 64 des Kühlgehäuses
60. Weiterhin weist die Kühlvorrichtung eine eine
Kühlfläche 66 auf, die zumindest eine Teil der Rückwand
68 bildet. Dabei ist die Kühlfläche 62 mit der Kühlfläche
66 wärmeleitend verbunden, vorzugsweise einstückig ausge
bildet.
Dadurch wird die folgende vorteilhafte Wirkung erzielt.
Häufig treten gerade bei kleinen Kühlvorrichtungen Pro
bleme auf, wenn durch ein Öffnen der Tür nahezu die ge
samte Luft innerhalb des Kühlvolumens ausgetauscht wird.
Herkömmliche Kühlvorrichtungen, die nur an der Rückwand
eine Kühlfläche aufweisen, benötigen daher eine große
Zeitdauer, um die Luft im Kühlvolumen wieder auf die ge
wünschte niedrige Temperatur herabzukühlen.
Ist jedoch der Boden 64 der Kühlvorrichtung zumindest
teilweise als Kühlfläche 62 ausgebildet, wie es die Er
findung vorschlägt, so können durch direkten Wärmekontakt
mit der Kühlfläche die Lebensmittelbehälter, wie Flaschen
oder Kartons, die darin enthaltene Ware gekühlt werden,
ohne daß die Luft in dem Kühlgehäuse 60 notwendigerweise
auf die niedrige Temperatur abgesenkt worden ist. Dieser
Effekt tritt insbesondere wegen der großen Wärmekapazität
der Kühlfläche 62 auf, die sich auch durch ein längeres
Öffnen des Kühlbehälters nicht wesentlich erwärmt.
Wie Fig. 5 weiterhin zeigt, ist die Kühlfläche 66 mit ei
nem Wärmeleitelement 32, einem Peltierelement 30 und ei
nem Wärmetauscher 2 in der Art verbunden, wie sie zuvor
ausführlich dargelegt worden ist.
Claims (14)
1. Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Ver
bindung zwischen zwei mechanischen Bauteilen einer
Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche oder eines
Volumens,
bei dem die miteinander zu verbindenden Oberflächen der beiden Bauteile durch eine erste grobe mechani sche Bearbeitung hergestellt werden,
bei dem die Oberflächen durch eine zweite feine Be arbeitung geebnet werden,
bei dem die Oberflächen durch eine dritte Bearbei tung aufgerauht werden,
bei dem mindestens eine der Oberflächen mit einer wärmeleitenden Paste versehen wird,
bei dem die beiden mechanischen Bauteile unter Druck in Anlage miteinander gebracht und gegeneinander verschoben werden und
bei dem die beiden Bauteile in ihrer Anlageposition zueinander fixiert werden.
bei dem die miteinander zu verbindenden Oberflächen der beiden Bauteile durch eine erste grobe mechani sche Bearbeitung hergestellt werden,
bei dem die Oberflächen durch eine zweite feine Be arbeitung geebnet werden,
bei dem die Oberflächen durch eine dritte Bearbei tung aufgerauht werden,
bei dem mindestens eine der Oberflächen mit einer wärmeleitenden Paste versehen wird,
bei dem die beiden mechanischen Bauteile unter Druck in Anlage miteinander gebracht und gegeneinander verschoben werden und
bei dem die beiden Bauteile in ihrer Anlageposition zueinander fixiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem als erste grobe mechanische Bearbeitung Frä
sen oder Sägen angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem als zweite feine mechanische Bearbeitung
Schleifen oder Polieren angewendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem als dritte mechanische Bearbeitung Sand
strahlen angewendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem während des gegenseitigen Verschiebens der
beiden Bauteile eine im wesentlichen kreisförmige
Bewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchgeführt
wird.
6. Vorrichtung zum Temperieren einer Fläche oder eines
Volumens
mit mindestens einem Wärmetauscher (2),
mit mindestens einem Mittel (22) zum Erzeugen eines Kühlmittelstromes durch den Wärmetauscher (2),
mit mindestens einem mit jedem Wärmetauscher (2) wärmeleitend verbunden Temperierelement (30) und
mit mindestens einer mit dem Temperierelement (30) wärmeleitend verbundenen Temperierfläche (34),
dadurch gekennzeichnet,
daß die aneinander anliegenden Oberflächen minde stens eines der Paare von aneinander angrenzenden Bauteilen (2, 30; 30,34) im wesentlichen eben und auf gerauht sind.
mit mindestens einem Wärmetauscher (2),
mit mindestens einem Mittel (22) zum Erzeugen eines Kühlmittelstromes durch den Wärmetauscher (2),
mit mindestens einem mit jedem Wärmetauscher (2) wärmeleitend verbunden Temperierelement (30) und
mit mindestens einer mit dem Temperierelement (30) wärmeleitend verbundenen Temperierfläche (34),
dadurch gekennzeichnet,
daß die aneinander anliegenden Oberflächen minde stens eines der Paare von aneinander angrenzenden Bauteilen (2, 30; 30,34) im wesentlichen eben und auf gerauht sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeleitfähige Verbindung zwischen minde
stens einem der Paare von aneinander angrenzenden
Bauteilen (2, 30; 30, 34) nach einem Verfahren nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wärmeleitelement (32) vorgesehen ist, das
mit dem Wärmetauscher (2) verbunden ist und das Tem
perierelement (30) zwischen sich und dem Wärmetau
scher (2) einklemmt, und daß die an dem Temperierelement
(30) anliegende Oberfläche des Wärmeleitele
mentes (32) und die Oberfläche des Temperierelemen
tes (30) im wesentlichen eben und aufgerauht ist,
vorzugsweise nach einem Verfahren nach einem der An
sprüche 1 bis 5 hergestellt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein elastisches Element (44) zum Auffangen me
chanischer Spannungen zwischen dem Wärmeleitelement
(32) und dem Wärmetauscher (2) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärmeleitelement (32) und die Temperierflä
che (34) miteinander verbunden sind und daß ein ela
stisches Element (54) zum Auffangen mechanischer
Spannungen zwischen dem Wärmeleitelement (32) und
der Temperierfläche (34) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Temperierelement (30) als Peltierelement
ausgebildet ist.
12. Kühlbehälter
mit einem Kühlgehäuse (60),
mit einer Kühlfläche (62), die einen Teil der Innen wandung des Kühlgehäuses (60) bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlfläche (62) zumindest einen Teil des Bo dens (64) des Kühlgehäuses (60) bildet.
mit einem Kühlgehäuse (60),
mit einer Kühlfläche (62), die einen Teil der Innen wandung des Kühlgehäuses (60) bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlfläche (62) zumindest einen Teil des Bo dens (64) des Kühlgehäuses (60) bildet.
13. Kühlbehälter nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlgehäuse (60) eine Kühlfläche (66) auf
weist, die zumindest eine Teil der Rückwand (68)
bildet.
14. Kühlbehälter nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlfläche (62) mit der Kühlfläche (66) wär
meleitend verbunden, vorzugsweise einstückig ausge
bildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000136475 DE10036475A1 (de) | 2000-07-26 | 2000-07-26 | Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Verbindung zwischen zwei mechanischen Bauteilen |
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Publications (1)
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DE (1) | DE10036475A1 (de) |
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- 2000-07-26 DE DE2000136475 patent/DE10036475A1/de not_active Ceased
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