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Die Erfindung betrifft eine Heiz- oder Kühlplatte, nachfolgend einheitlich als Wärmeaustauschplatte bezeichnet, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, sowie die Verwendung derselben.
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Bekannt sind Wärmeaustauschplatten, wie sie beispielsweise von der Busse Heizplattentechnik GmbH, Espelkamp, DE, angeboten werden. Ein erster Typ von Wärmeaustauschplatten wird dadurch hergestellt, dass Aluminium-Vierkant- oder Rechteckrohe zu einem Rohrregister verschweißt werden und anschließend zur Vorderseite und zur Rückseite ganzflächig Aluminiumbleche in verschiedenen Materialstärken aufgeklebt werden. Ein zweiter Typ von Wärmeaustauschplatten wird in ähnlicher Weise dadurch hergestellt, dass Rechteck-Stahlrohre zu einer Rohrschlange verschweißt werden, umlaufend ein Rahmen aus Massiv-Aluminium angebracht und darauf Aluminiumplatten aufgeschraubt werden. Ein dritter Typ von Wärmeaustauschplatten wird dadurch hergestellt, dass in eine Aluminiumplatte beispielsweise mäanderförmige Nuten eingebracht werden, in diese Nuten Kupferrohre eingelegt werden und die Oberseite der Aluminiumplatte mit einem Blech verklebt oder verschraubt wird. Ein vierter Typ von Wärmeaustauschplatten wird dadurch hergestellt, dass Aluminium-Gussplatten durch Tieflochbohren parallel zur Plattenfläche mit durchgehenden Bohrungen versehen werden, die einzelnen Bohrungen beispielsweise durch eine Querbohrung oder durch stirnseitige Ausfräsungen miteinander verbunden und die Querbohrungen bzw. Ausfräsungen anschließend druckdicht verschweißt werden. Der Vorteil dieser Wärmeaustauschplatten besteht in den glatten äußeren Oberflächen. Nachteilig an diesen Wärmeaustauschplatten sind jedoch der komplizierte konstruktive Aufbau und die daraus resultierenden hohen Herstellungskosten sowie die sich aus dem konstruktiven Aufbau ergebende Steifigkeit der Platten, die eine Anpassung an verschiedene Oberflächenformen ausschließt.
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Bekannt sind weiterhin Wärmeaustauschplatten, wie sie beispielsweise von der Heat Transfer Technology AG, Bern, CH, unter dem Markennamen BUCO angeboten werden. Diese werden dadurch hergestellt, dass zwei Bleche selektiv partiell miteinander verschweißt werden und dann die nicht verschweißten Bereiche zwischen beiden Blechen mit Innendruck beaufschlagt werden, so dass sich diese Bereiche in einem plastischen Umformvorgang nach außen wölben, wodurch zwischen den beiden Blechen Wärmeträgerkanäle ausgebildet werden, durch die dann im Betrieb ein Wärmeträgermedium wie Wasser oder Öl geleitet werden kann. Der Vorteil dieser Wärmeaustauschplatten besteht in der gleichmäßigen Wanddicke der Kühlkanäle. Nachteilig sind jedoch die unebenen äußeren Oberflächen, die sich durch die nach außen gerichtete Wölbung der Kühlkanäle entsteht.
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Andere bekannte Wärmeaustauschplatten werden dadurch hergestellt, dass Rohrleitungen, beispielsweise aus Kupfer, auf dünne Bleche aufgelötet werden. Auch diese Wärmeaustauschplatten weisen den Nachteil mindestens einer unebenen äußeren Oberfläche sowie eine ungleichmäßige thermische Verbindung über die Länge des aufgelöteten Rohres auf.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Wärmeaustauschplatten zu überwinden und eine Wärmeaustauschplatte anzugeben, die einfach herzustellen ist, glatte äußere Oberflächen aufweist und an verschiedene Oberflächenformen anpassbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeaustauschplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung einer derartigen Wärmeaustauschplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Bei einer Wärmeaustauschplatte, die zwei äußere Abdeckbleche sowie mindestens einen zwischen den beiden Abdeckblechen angeordneten Wärmeträgerkanal mit mindestens einem Wärmeträgereinlass und mindestens einem Wärmeträgerauslass umfasst, wird vorgeschlagen, dass zwischen den beiden Abdeckblechen mindestens ein Kanalblech angeordnet ist, das mindestens eine sich von einem Wärmeträgereinlass zu einem Wärmeträgerauslass erstreckende Aussparung aufweist, wobei die mindestens eine Aussparung den mindestens einen Wärmeträgerkanal bildet.
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Die vorgeschlagene Wärmeaustauschplatte ist einfach herstellbar, weist ebene äußere Oberflächen und gleichmäßige Wanddicken der Wärmeträgerkanäle auf und ist problemlos verformbar und dadurch an verschiedene Oberflächen anpassbar.
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Unter einer Aussparung soll dabei ein Ausbruch des Kanalblechs verstanden werden, d.h. in Abgrenzung zu einer Nut, deren Tiefe geringer wäre als die Dicke des Kanalblechs ist hier eine vollständige lokale Entfernung des Materials des Kanalblechst gemeint. Der durch das Zusammenfügen der Abdeckbleche mit dem Kanalblech entstehende Wärmeträgerkanal wird demnach sowohl vom Kanalblech, genauer den Konturen der Aussparung, als auch von den Abdeckblechen, genauer den die Aussparung bedeckenden Abschnitten der Abdeckbleche, begrenzt. Die Aussparung kann dabei beispielsweise durch Ausstanzen, Laserschneiden oder andere an sich bekannte Verfahren hergestellt werden. Die Verbindung der Abdeckbleche mit dem Kanalblech oder den Kanalblechen kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die äußeren Ränder des sich beim Zusammenfügen bildenden Blechstapels miteinander verschweißt werden, beispielsweise durch Laserschweißen. Alternativ oder zusätzlich können die Abdeckbleche entlang der Kontur der Aussparung mit dem Kanalblech verschweißt werden, was ebenfalls beispielsweise mittels Laserschweißen erfolgen kann. Weiter alternativ oder zusätzlich können die Abdeckbleche in den Bereichen, in denen sie Kontakt zum Kanalblech haben, d.h. außerhalb der Aussparung, mit dem Kanalblech vollflächig verbunden werden, beispielsweise durch Löten, Kleben oder andere geeignete Verfahren.
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Die glatten, d.h. wölbungsfreien äußeren Oberflächen der vorgeschlagenen Wärmeaustauschplatte ermöglichen einen vollflächigen thermischen Kontakt zu einem zu temperierenden Bauteil. Die dünnen und gleichmäßigen Wanddicken der Wärmeträgerkanäle ermöglichen eine sehr gleichmäßige Temperierung. Durch den konstruktiven Aufbau der vorgeschlagenen Wärmeaustauschplatte ist es möglich, diese durch Umformen an unterschiedliche Oberflächenkonturen zu temperierender Bauteile auch nachträglich anzupassen.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Aussparung sich mäanderförmig und verzweigungsfrei von einem Wärmeträgereinlass zu einem Wärmeträgerauslass erstreckt.
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Unter dem Begriff „Mäander“ soll dabei ein Verlauf des Wärmeträgerkanals verstanden werden, bei dem die Fließrichtung des Wärmeträgers nicht geradlinig verläuft, sondern in der Plattenebene der Wärmeaustauschplatte hin und her geführt ist, beispielsweise in einer Wellenform oder durch verschiedene unter einem Winkel, beispielsweise rechtwinklig zueinander angeordnete Abschnitte. Dadurch kann ein besonders gleichmäßiges Temperaturverteilungsprofil über die Plattenebene erreicht werden. Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn zwei oder mehr Kanalbleche verwendet werden, deren durch die Aussparungen gebildete Wärmeträgerkanäle einander immer wieder kreuzen. In diesem Fall kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen zwei Kanalblechen ein Zwischenblech ohne Aussparung angeordnet ist. Alternativ können die Kanalbleche auch ohne ein solches Zwischenblech direkt aufeinander liegen, so dass die jeweiligen Wärmeträgerströme sich miteinander vermischen können.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Aussparung im Bereich eines Wärmeträgereinlasses und eines Wärmeträgerauslasses je einen Sammelkanalabschnitt aufweist und weiterhin mindestens zwei Verbindungsabschnitte aufweist, die sich jeweils verzweigungsfrei zwischen den beiden Sammelkanalabschnitten erstrecken.
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Dabei können die Verbindungsabschnitte beispielsweise geradlinig und parallel zueinander verlaufen. Alternativ können auch hier die Verbindungsabschnitte mäanderförmig im obigen Sinne ausgeführt sein. In gleicher Weise können auch bei dieser Ausgestaltung zwei oder mehr Kanalbleche, mit oder ohne Zwischenbleche, vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung ähnelt die Form des oder der Wärmeträgerkanäle derjenigen bekannter Plattenheizkörper, allerdings ohne die dort vorhandenen auswärts gerichteten Wölbungen. Beim Verschweißen mehrerer der genannten Bleche muss unter Umständen beachtet werden, dass beispielsweise das Laserschweißen von mehreren übereinander angeordneten Blechen nur funktioniert, wenn in dem Plattenstapel in Richtung des Schweißstrahles keine Hohlräume vorhanden sind, so dass möglicherweise das Anbringen jedes hinzukommenden Bleches einen eigenen Schweißschritt erfordert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wärmeaustauschplatte einfach gekrümmt ist. „Einfach gekrümmt“ bedeutet dabei, dass die Wärmeaustauschplatte oder ein bestimmter Bereich der Wärmeaustauschplatte um eine Achse gebogen ist, d.h. die Wärmeaustauschplatte bzw. der Bereich der Wärmeaustauschplatte weist die Gestalt eines Abschnitts einer Zylindermantelfläche auf. Ist die gesamte Wärmeaustauschplatte einfach gekrümmt, so kann sie vorteilhaft an eine ebenso gekrümmte Oberfläche eines zu temperierenden Bauteils angepasst sein. Ist dagegen beispielsweise ein mittlerer Bereich der Wärmeaustauschplatte einfach gekrümmt, so weist die Wärmeaustauschplatte außerdem zwei ebene Bereiche auf, die sich von dem mittleren, gekrümmten Bereich weg erstrecken. Diese Ausgestaltung bietet sich beispielsweise dafür an, einen Eckbereich zweier zusammenstoßender ebener Wände oder dergleichen zu temperieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wärmeaustauschplatte doppelt gekrümmt ist. „Doppelt gekrümmt“ bedeutet dabei, dass die Wärmeaustauschplatte oder ein bestimmter Bereich der Wärmeaustauschplatte um zwei Achsen gebogen ist, d.h. die Wärmeaustauschplatte bzw. der Bereich der Wärmeaustauschplatte kann beispielsweise die Gestalt eines Abschnitts einer Kugeloberfläche oder beliebiger anderer dreidimensionaler Flächen aufweisen. Hierdurch ergibt sich eine maximale Flexibilität bei der Anpassung der Wärmeaustauschplatte an beliebige Topographien.
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Die vorgeschlagenen Wärmeaustauschplatten können mit besonderem Vorteil in einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage, beispielsweise einer Beschichtungsanlage für Glasplatten, Halbleiterscheiben, flexible Substrate wie Folien oder dergleichen, usw. verwendet werden. Wegen der darin vorhandenen geringen Restgasdrücke findet eine Wärmeleitung zwischen beabstandeten Bauteilen so gut wie nicht statt. Deshalb ist es besonders wichtig, dass eine Wärmeaustauschplatte neben der Abgabe und Aufnahme von Strahlungsenergie auch möglichst vollflächigen Kontakt zu einem zu temperierenden Bauteil hat. Dies wird dadurch erreicht, dass die vorgeschlagene Wärmeaustauschplatte einerseits eine glatte Oberfläche hat und andererseits problemlos plastisch verformbar, d.h. an eine gegebene Oberfläche anpassbar ist.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine solche Wärmeaustauschplatte an der Innenseite einer Kammerwand einer Vakuumkammer der Vakuum-Substratbehandlungsanlage angeordnet wird. Dadurch kann zum einen die Kammerwand gekühlt werden und zum anderen können unerwünschte Wassermoleküle gebunden werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine solche Wärmeaustauschplatte in einer Vakuumkammer einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage zwischen einer Beschichtungseinrichtung und einer Substrattransporteinrichtung angeordnet wird. Hierbei kann die Wärmeaustauschplatte beispielsweise gleichzeitig als Blende genutzt werden, die den Einwirkungsbereich der Beschichtungseinrichtung auf das Substrat begrenzt, sowie dazu dienen, Streudampfteilchen zu binden, die anderenfalls andere Bauteile der Anlage verunreinigen würden.
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Bei der Verwendung der vorgeschlagenen Wärmeaustauschplatten in einer Vakuum-Substratbehandlungsanlage kann es weiterhin vorteilhaft sein, die Wärmeaustauschplatte beweglich anzuordnen. Dadurch kann die Wärmeaustauschplatte bedarfsweise im Betrieb der Anlage in unterschiedliche Positionen gebracht werden.
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Die vorgeschlagene Wärmeaustauschplatte kann vorteilhaft aus möglichst gut wärmeleitenden und möglichst reaktionsträgen Werkstoffen, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Edelstahl hergestellt sein. Außerdem können die äußeren Oberflächen vorteilhaft aufgerauht sein, um einerseits eine möglichst große Oberfläche zur Bindung von Streudampfteilchen bereitzustellen und andererseits das Abplatzen gebundener Streudampfschichten zu vermeiden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschplatte,
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2 die Wärmeaustauschplatte gemäß 1 in einer einfach gekrümmten Ausführung, und
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3 eine Explosionszeichnung der Wärmeaustauschplatte gemäß 2.
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Die in den Figuren gezeigte Wärmeaustauschplatte besteht aus zwei Abdeckblechen 1 und einem zwischen den Abdeckblechen 1 angeordneten Kanalblech 2 mit einer mäanderförmigen Aussparung 3, die sich von einem Wärmeträgereinlass 4 zu einem Wärmeträgerauslass 5 erstreckt.
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Wie in 1 gezeigt, kann die Wärmeaustauschplatte unmittelbar nach der Herstellung beispielsweise eben sein und wölbungsfreie, glatte äußere Oberflächen aufweisen.
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In 2 ist eine Variante dargestellt, bei der eine ansonsten identisch aufgebaute Wärmeaustauschplatte einfach gekrümmt ist. Diese Krümmung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die Abdeckbleche 1 und das Kanalblech 2 bereits bei der Herstellung vor dem Zusammenfügen gebogen werden. Alternativ kann eine Wärmeaustauschplatte wie in 1 gezeigt eben hergestellt und erst anschließend, d.h. nach dem Zusammenfügen, gebogen werden, um eine gewünschte Krümmung zu erzielen.
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3 zeigt schließlich die einzelnen zusammengefügten Bleche 1, 2 in einer Explosivdarstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abdeckblech
- 2
- Kanalblech
- 3
- Aussparung
- 4
- Wärmeträgereinlass
- 5
- Wärmeträgerauslass
