DE19528168A1 - Wärmetauscher, daraus hergestellte Wärmetauscheranordnung und Verfahren zu dessen bzw. deren Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner auf eine aus zwei oder mehr derartigen Wärmetauschern aufgebaute Wärmetauscheranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 und auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Wärmetauschers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Wärmetauscher sind in vielfältiger Weise bekannt, beispielsweise bei Kühlern in Kraftfahrzeugen, bei Wärmerückgewinnungsanlagen, bei elektrischen Leistungsbausteinen und dgl. In allen Fällen wird versucht, durch eine große Oberfläche einen möglichst optimalen und effektiven Wärmeübergang zu erhalten. Bei elektrischen Bauteilen bspw. resultiert dies in zum Bauvolumen des elektrischen Bauteils überdimensional großen Kühlrippen. Desweiteren haben derartige Wärmetauscher im allgemeinen eine bevorzugte Einbaulage, damit das Wärmeleitungsmedium entsprechend angreifen kann. Wie zu den elektrischen Bauteilen bereits erwähnt, sind die heutigen Wärmetauscher nicht beliebig kleinvolumig auszuführen. Mit anderen Worten, die Wärmetauscherleistung pro Wärmetauschervolumen ist unbefriedigend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher und eine aus zwei oder mehr derartigen Wärmetauschern hergestellte Wärmetauscheranordnung zu schaffen, die den Anforderungen an eine hohe Wärmetauscherkapazität bzw. -leistung bei vergleichsweise geringem Bauvolumen und Gewicht gerecht werden und die kleinbauender als bisher hergestellt werden können. Desweiteren soll ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wärmetauschers bzw. einer Wärmetauscheranordnung geschaffen werden, das wenig arbeits- noch kostenintensiv ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Wärmetauscher der genannten Art bzw. bei einer Wärmetauscheranordnung der genannten Art bzw. bei einem Verfahren zu dessen bzw. deren Herstellung die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 10 bzw. im Anspruch 12 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein Wärmetauscher geschaffen, der eine große Oberfläche im Verhältnis zum eigenen Bauvolumen aufweist. Dies ist im wesentlichen dadurch bedingt, daß der Wärmeleitungskörper von einem Netz von Ausnehmungen im wesentlichen gleichmäßig durchzogen bzw. durchwoben ist. Als Wärmeleitungsmedium kann jedes beliebige in der Wärmetauschertechnik verwendete gasförmige oder flüssige Medium eingesetzt werden.

Die Herstellung derartiger Wärmetauscher kann bei lasergefertigten Ausnehmungen in vorteilhafter Weise auch bei elektrischen und elektronischen Bauteilen angewendet werden. Auch können derartige Wärmetauscher als integrierter Bestandteil eines derartigen elektrischen oder elektronischen Bauteils vorgesehen werden. Die Herstellung von Wärmetauschern, bei denen die Ausnehmungen zylindrisch sind, ist wegen der im wesentlichen gleichförmigen Oberfläche der kreisrunden Ausnehmungen besonders vorteilhaft.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahmen liegen darin, daß die Wärmetauscherleistung pro Gewichtseinheit des Wärmetauschers erheblich verbessert und der Wärmegradient größer ist. Dadurch, daß die Konvektion des Wärmeleitungsmediums in dem Wärmeleitungskörper in allen Richtungen gleich ist, ergibt sich eine vollständige Unabhängigkeit der Einbaulage des Wärmetauschers. Es können Wärmetauscher nahezu beliebiger Außenform in gleich einfacher und schneller Weise hergestellt werden. Gleichzeitig können Wärmetauscheranordnungen mit mehreren isolierten Wärmetauscherkreisen aus einem Stück gefertigt werden, ohne daß dies eines zusätzlichen Herstellungsaufwandes bedarf.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 in teilweise abgebrochener perspektivischer Darstellung einen Wärmetauscher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;

Fig. 1A in vergrößerter perspektivischer Darstellung ein Gitterelement einer der Einzelstrukturen nach Fig. 1;

Fig. 1B eine der Fig. 1 entsprechende ausschnittsweise vergrößerte Darstellung;

Fig. 2 eine Seitenansicht gemäß Pfeil II der Fig. 1, jedoch strichpunktiert und schematisch zu einem Wärmetauscher ergänzt;

Fig. 3 eine Draufsicht gemäß Pfeil III der Fig. 1;

Fig. 4 eine gegenüber der Fig. 2 um 90° versetzte Seitenansicht gemäß Pfeil IV der Fig. 1;

Fig. 5 in teilweise abgebrochener perspektivischer Darstellung einen Wärmetauscher gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;

Fig. 6 eine Seitenansicht gemäß Pfeil VI der Fig. 5;

Fig. 7 eine Draufsicht gemäß Pfeil VII der Fig. 5;

Fig. 8 ein an einem quaderförmigen Rohkörper als Ausgangswerkstück dargestelltes Bohrschema zur Herstellung der Hohlraumanordnung für einen Wärmetauscher, jedoch gemäß einem dritten bzw. vierten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;

Fig. 9 in abgebrochener Darstellung eine der Fig. 3 entsprechende jedoch schematische Draufsicht auf den Wärmeteitungskörper gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;

Fig. 10 in vergrößerter perspektivischer Darstellung ein Gitterelement des Wärmeleitungskörpers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 u. 12 jeweils in abgebrochener Darstellung eine der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht, jedoch schematisch und von zwei zueinander senkrechten Seiten des Wärmeleitungskörpers für einen Wärmetauscher gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der aus einem länglich quaderförmigen Rohkörper hergestellten Wärmeleitungskörper für einen Wärmetauscher gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung;

Fig. 14A, B und C den Fig. 9, 11 und 12 entsprechende abgebrochene Darstellungen des vierten Ausführungsbeispiels;

Fig. 15 ein an einem quaderförmigen Rohkörper als Ausgangswerkstück dargestelltes Bohrschema zur Herstellung der Hohlraumanordnung für einen Wärmetauscher, jedoch gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung; und

Fig. 16A, B und C den Fig. 9, 11 und 12 entsprechende abgebrochene Darstellungen des fünften Ausführungsbeispiels.

Der in der Zeichnung gemäß fünf Ausführungsbeispielen dargestellte Wärmetauscher bzw. Wärmetauscheranordnung 10 bzw. 110 bzw. 210 bzw. 310 bzw. 410 in Form eines von mindestens einem Netz von Ausnehmungen durchzogenen räumlichen Wärmeleitungskörpers 11, 12 bzw. 111 bzw. 211 bzw. 311 bzw. 411 stellt einen einzelnen Wärmetauscher oder einen Wärmetauscherblock aus zwei oder mehr Wärmetauschern dar. Dabei ist der eine räumlich dreidimensionale gitterartige Struktur aufweisende Wärmeleitungskörper 11 und 12 bzw. 111 bzw. 211 bzw. 311 bzw. 411 mit seiner Hohlraumanordnung 27 derart aufgebaut, daß er von einem Netz im wesentlichen gleicher oder gruppenweise gleicher Ausnehmungen in allen Raumrichtungen durchzogen bzw. durchwoben ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten, lediglich der Beschreibung des grundsätzlich räumlichen Aufbaus dienenden Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 10 ist der Wärmeleitungskörper aus zwei identischen Einzelstrukturen 11 und 12, aufgebaut, von denen jede aus einer Vielzahl von Gitterelementen 15 aufgebaut ist, wobei gemäß Fig. 1A jedes Gitterelement 15 durch zwei etwa V-förmige Elementteilpaare 16 und 17, die in zueinander senkrechten Ebenen aneinander liegen und die in einem Knotenpunkt 18 zusammenlaufend miteinander verbunden sind, gebildet ist. Jedes V-förmige Elementteilpaar 16, 17 besitzt zwei in der gleichen Ebene liegende, identisch ausgebildete stegartige Elemententeile 19 und 20 bzw. 21 und 22, die jeweils vom Knotenpunkt 18 ausgehend unter einem bestimmten Winkel a auseinanderlaufen. Das Gitterelement 15 kann als symmetrisches strahlenförmiges Gebilde angesehen werden, dessen Knotenpunkt 18 den Mittelpunkt eines Würfels und dessen stegartigen Elemententeile 19 bis 22 zu jeweils diagonalen Ecken mehrerer Würfelflächen verlaufen. Dadurch bilden die stegartigen Elemententeile 19 bis 22 der Elemententeilpaares 16 und 17 vom Knotenpunkt 18 ausgehend jeweils zwischen sich denselben Winkel und besitzen gleiche Längen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der stegartigen Elemententeile 19 und 20 bzw. 21 und 22 quadratisch; es kann jedoch jeder beliebige andere Querschnitt, bspw. ein runder oder sechseckiger Querschnitt gewählt werden. Die Enden 25 der stegartigen Elemententeile 19 bis 22 sind jeweils mit Enden benachbarter stegartiger Elemententeile weiterer Gitterelemente 15 verbunden bzw. einstückig, so daß sich die (räumlich) dreidimensionale gitterartige Struktur aus einer Vielzahl von untereinander, übereinander und nebeneinander angeordneter Gitterelemente 15 ergibt. Es versteht sich, daß die Wahl der Anzahl der Gitterelemente 15 in den drei Richtungen des Raumes von den gewünschten Außenabmessungen des Wärmetauschers 10 abhängig ist.

Das Ineinanderverschachteln der Einzelstrukturen 11 und 12 in allen Raumrichtungen zum Wärmetauscher 10 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel entweder in der Weise, daß zunächst jeweils die einzelnen Gitterelemente 15 der Einzelstrukturen 11 und 12 dreidimensional ineinander verschachtelt und dann mit den jeweils ebenfalls dreidimensional ineinander verschachtelten benachbarten Gitterelemente 15 verbunden werden. Der Aufbau des Wärmetauschers 10 kann auch in der Weise erfolgen, daß zunächst eine Einzelstruktur 11 oder 12 in ihrer Gitterstruktur aufgebaut wird und daß dann in einer Reihe aneinandergefügte V-förmige Elementteilpaare 16 und 17 getrennt hergestellt werden und diese als Längs- und Querreihen 23 und 24 zur Bildung der jeweils anderen Einzelstruktur 12 oder 11 in die Gitterstruktur der einen Einzelstruktur 11 oder 12 dreidimensional eingefädelt und anschließend miteinander verbunden werden. Um die Einzelstrukturen 11 und 12 auf dem vorgesehenen Abstand zu halten, sind bspw. nahe gegenüberliegender Enden des Wärmetauschers 10, wie dies beispielhaft lediglich in Fig. 2 dargestellt ist, Endscheiben 31, 32 angesetzt oder angegossen.

Soll eine Wärmetauscheranordnung aus zwei oder mehr Zellen bzw. einzelnen Wärmetauschern aufgebaut sein, so ist dies in einfacher Weise dadurch möglich, daß zumindest in einer Trennebene 33, wie diese strichpunktiert in Fig. 2 angedeutet ist, eine gestrichelt angedeutete Zwischenwand 34 aus Kunststoff eingebracht ist, die die stegartigen Elemententeile 19 bis 22 der Einzelstrukturen 11, 12 dicht umgreift und dadurch eine dichte Trennung zwischen den bspw. zwei Hohlräumen der Hohlraumanordnung 27 ergibt. Dadurch können bei den beiden Wärmetauscherzellen 36 und 37 unterschiedliche Wärmeleitungsmedien verwendet werden. Statt der in Fig. 2 strichpunktiert dargestellten "vertikalen" Trennung kann auch eine "horizontale" Trennung der Wärmetauscheranordnung in zwei oder mehr Zellen erfolgen.

Die Auswahl des Werkstoffes für den Wärmeleitungskörper 11, 12 und die Auswahl des Wärmeleitungsmediums (gasförmig/flüssig) kann in an sich bekannter Weise erfolgen.

Bei dem in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 110 ist die dreidimensional gitterartige Struktur des Wärmeleitungskörpers 111 zwar ebenfalls in gleichförmiger Ausgestaltung und jeweiliger einstückiger Aneinanderreihung einzelner aus stegartigen Elementteilen 119 bis 122 aufgebauter Gitterelemente 115 gebildet, deren an die Knotenpunkte 118 ansetzende V-förmige Elementteilpaare 116 und 117 aufgrund des besonderen Herstellungsvorganges im Querschnitt jedoch nicht gleichmäßig sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Wärmeleitungskörper 110 bspw. aus einem langgestreckten quaderförmigen Material, wie einem Stangenmaterial hergestellt. Je nach zu erreichender Endform des Wärmetauschers kann aber das Ausgangsmaterial bzw. der Rohkörper eine an diese gewünschte Endform angepaßte Raumform beliebiger Art und Größe, also auch jeglicher unregelmäßiger Form besitzen. Zur einfacheren Darstellung sei die Herstellung des Wärmetauschers 110 anhand eines Würfels beschrieben.

Der Würfel wird von drei zueinander senkrechten Seiten, bspw. von den Seiten 150, 151 und 152 mit jeweils mehreren Reihen 153 und 154 von durchgehenden Bohrungen der Hohlraumanordnung versehen. Dabei sind von jeder Seite 150 bis 152 die benachbarten Bohrungsreihen 153 und 154 derart mit Bohrungen 155 und 156 versehen, daß die Bohrungen 155 und 156 benachbarter Bohrungsreihen 153 und 154 zueinander versetzt angeordnet sind. Mit anderen Worten, die Bohrungen 155, 156 jeweils benachbarter Bohrungsreihen 153, 154 liegen in diagonaler Richtung jeder Würfelseite gesehen ebenfalls in einer Reihe. Dadurch durchdringen sich die einzelnen jeweils durchgehenden Bohrungen 155 und 156 aller drei Seiten 150 bis 152 in entsprechend versetzter Weise. Desweiteren werden von zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen A und B her, d. h. unter einem Winkel von 45° zur Seite 150 und 151 einerseits und zur Seite 150 und einer der Seite 151 gegenüberliegenden Seite 162 andererseits Bohrungen 157 und 158 in mehreren parallelen Reihen eingebracht, wobei auch die Reihen der einen diagonalen Richtung A zu denen der anderen diagonalen Richtung B versetzt zueinander angeordnet sind.

Unter einer bestimmten Bedingung reicht es aus, den Ausgangs- bzw. Rohkörper von zwei zueinander senkrechten Ebenen und von zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen, bspw. den Richtungen A und B zu bohren, nämlich dann, wenn der Bohrungsdurchmesser so groß ist, daß sich die Einzelstrukturen noch voneinander trennen. Voraussetzung dabei ist, daß die Bohrungen jeweils gleichen Durchmesser d besitzen. Mit anderen Worten, es muß gelten d < h/√, wobei h der halbe Abstand der Mittelpunkte zweier über einen Knoten 118 hinweg benachbarter Bohrungen 155, 156, ist (Fig. 6). Ist dagegen d wesentlich kleiner, muß von noch mehr Seiten bzw. Diagonalen aus gebohrt werden.

Dadurch ergeben sich für den Wärmeleitungskörper 111 gitterartige Einzelstrukturen, die in gleichmäßigem Abstand durch Seitenwandscheiben zusammengehalten sind, von denen lediglich die Seitenwand- bzw. hier Bodenscheibe 160 in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Die anderen Seitenwandscheiben sind der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.

Wie erwähnt, haben die Stege 119 bis 122 der Gitterelemente 115 einen gleichförmig sich ändernden Querschnitt. Eine Vergleichmäßigung des Querschnitts kann dadurch erreicht werden, daß weitere Bohrungsreihen unter 45° zur Oberseite 152 aus einer oder zwei zueinander senkrechten Richtungen eingearbeitet werden. Auf diese Weise kann auf eine Vereinheitlichung der Hohlraumanordnung 127 bzw. des Netzes der Ausnehmungen in allen Bereichen hingearbeitet werden.

Die Bodenscheibe 160 und/oder eine oder mehrere der nicht dargestellten Seitenscheiben können bspw. zum Befestigen des Wärmetauschers 110 verwendet werden.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ohne weiteres möglich, den Wärmetauscher in zwei oder mehr Zellen dadurch zu unterteilen, daß Zwischenwände zum Abtrennen der zwei oder mehr Zellenräume vorgesehen sind.

Bei dem in den Fig. 8 bis 12 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 210 ist die gitterartige Struktur des Wärmeleitungskörper 211 ebenfalls in gleichförmiger Ausgestaltung und jeweiliger einstückiger Aneinanderreihung einzelner aus stegartigen Elemententeilen 219 bis 222 aufgebauter Gitterelemente 215 gebildet, deren an die Knotenpunkte 218 ansetzende V-förmige Elementteilpaare 216 und 217 aufgrund eines vom Ausführungsbeispiel der Fig. 5 bis 7 etwas unterschiedlichen Herstellungsvorganges im Querschnitt gleichmäßig sind, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 vorgesehen ist und aus Fig. 10 hervorgeht.

Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird der Wärmetauscher 210 wie der Wärmetauscher 110 der Fig. 5 bis 7 aus einem Rohkörper beliebiger Raumform und Größe hergestellt. Der Einfachheit halber ist dies an dem quaderförmigen Rohkörper 245 nach Fig. 8 dargestellt.

Der quaderförmige Rohkörper 245 wird von zwei zueinander senkrechten Seiten 250 und 251 gemäß den Richtungen C′ und D′ bzw. C′′ und D′′ mit jeweils mehreren Reihen 253 und 254 durchgehender Ausnehmungen 255 und 256, die hier quadratisch sind, versehen (vgl. Fig. 9, die auch die Ansicht aus der Richtung C′′, D′′ auf die Fläche 251 darstellt). Dabei sind von jeder Seite 250 und 251 die benachbarten Ausnehmungsreihen 253 und 254 derart mit quadratischen Ausnehmungen 255 und 256 versehen, daß die Ausnehmungen 255 und 256 benachbarter Ausnehmungsreihen 253 und 254 zueinander versetzt angeordnet sind. Desweiteren werden wie beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5 bis 7 von zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen A′ und B′ her, d. h. unter einem Winkel von 45° zur Seite 250 und 251 einerseits und zur Seite 250 und einer der Seite 251 gegenüberliegenden Seite andererseits Ausnehmungen 257 und 258 in mehreren parallelen Reihen eingebracht, wobei auch die Reihen der einen diagonalen Richtung A′ zu denen der anderen diagonalen Richtung B′ versetzt zueinander angeordnet sind, wie dies aus den Fig. 11 und 12 hervorgeht. Diese Ausnehmungen 257 und 258 sind sechseckförmig ausgebildet. Alle diese Ausnehmungen 255 bis 258 sind bspw. mittels eines Lasers in den Rohkörper 245 eingeschnitten.

Durch diese Anordnung der Ausnehmungen 255 bis 258 ergeben sich, wie die Fig. 9, 11 und 12 zeigen, die einzelnen Knoten 218 und die davon ausgehenden Stege 219 bis 222, die im Querschnitt eine, bis auf die den Knotenpunkten 218 unmittelbar benachbarten Bereichen, regelmäßige Sechseckform (Fig. 10) besitzen. Auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird die Mindestzahl der Ebenen bzw. Richtungen, aus denen die Ausnehmungen 255 bis 258 eingearbeitet werden müssen, durch die Querschnittsfläche der Ausnehmungen bestimmt. Ist bspw. eine Seite der quadratischen Ausnehmungen 255 und 256 mit a bezeichnet und haben die sechseckigen Bohrungen 257 und 258 eine Schmalseite mit der Größe a, so ergibt sich bei einem halben Abstand h der Ausnehmungsmitten zweier über einen Knoten 218 benachbarter Ausnehmungen 255 (Fig. 9) die Maßgabe, daß gelten muß: a < h/√. Die Verbindungslinien zwischen der Fig. 9 und den Fig. 11 und 12 zeigen einerseits die versetzte Anordnung der Ausnehmungen 255 bis 258 und andererseits die Zuordnung der Mittelpunkte der Ausnehmungen 255 bis 258 zu den Mitten der Stege 219 bis 222. In allen drei Raumachsen erfolgt von einer Ausnehmung zur jeweils benachbarten derselben Richtung A′, B′, C′, D′, C′′ bzw. D′′ ein Vorschub von 2·h. Desweiteren zeigen die Pfeile M in den Fig. 9, 11 und 12 die angenommene Mitte des mit sich in allen Raumrichtungen durchziehenden Netzes von Ausnehmungen versehenen Wärmeleitungskörpers 211 des Wärmetauschers 210.

Auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel kann ebenso wie beim noch zu beschreibenden vierten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13 und 14 das Ausgangsmaterial des Rohkörpers 245 beliebiger, für die Wärmetauschertechnik geeigneter Art sein.

Beim dritten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung können die einzelnen Ausnehmungen auch in der Weise hergestellt werden, daß der Rohkörper 245 gemäß Fig. 8 nach dem Herstellen der Ausnehmungen in den Richtungen A′, B′, C′, D′ in einer gedachten, hier punktiert eingezeichneten Diagonalen 246 (oder einer anderen) eingespannt und um diese Diagonale in drei Schritten in einem Winkelabstand von jeweils 120° gedreht wird. Nach jeder 120°-Drehung werden die Ausnehmungen gemäß den Richtungen A′, B′, C′ und D′ eingearbeitet. Erfolgt diese Art der Einarbeitung der Ausnehmungen mit zylindrischen Ausnehmungen in Form von Bohrungen, ergibt sich eine Vergleichmäßigung der Abstände der Oberflächen der stegartigen Elemententeile 219 bis 222 zwischen den Knotenpunkten 218.

Bei dem in Fig. 13 und den Teilfiguren 14A bis C dargestellten vierten Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 310 ist die gitterartige Struktur des Wärmeleitungskörpers 311 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 bis 7 ausgebildet. Mit anderen Worten, bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 355 bis 358 der Ausnehmungsreihen 353 und 354 durch im Querschnitt zylindrische Bohrungen gebildet. Der wesentliche Unterschied dieses vierten Ausführungsbeispieles 310 gegenüber dem genannten zweiten Ausführungsbeispiel liegt in dem mehrzelligen Aufbau der Wärmetauscheranordnung 310.

Der Ausgangskörper ist auch hier ein langgestreckter Quader, ähnlich dem Rohkörper 245 der Fig. 8. Entsprechend dem dort dargestellten Bohrschema werden die Reihen 353, 354 der zylindrischen Ausnehmungen 355 bis 358 in den dort dargestellten Richtungen A′, B′, C′, D′, C′′ bzw. D′′ eingearbeitet. Diese Ausnehmungsreihen sind so gesetzt, daß sich, wie aus Fig. 13 hervorgeht, Endwände 366 und 367 und eine Zellentrennwand 365 ergeben. Die Zellentrennwand 365 ergibt sich dadurch, daß ein relativer Leervorschub zwischen dem Werkzeug zum Herstellen der Ausnehmungsreihen und dem Werkstück (Rohkörper) um mindestens 3h erfolgt. Entsprechendes gilt bei der Herstellung der Endwände 366 und 367, die wegen ihrer ebenen Außenfläche dünnwandiger ausgeführt sein können. Auf diese Weise ergeben sich gemäß Fig. 13 links und rechts die Wärmetauscherzellen 336 und 337 aus dem Wärmeleitungskörper 311, zwischen denen die Zelltrennwand 365 angeordnet ist. Im übrigen ist die Fig. 14 in allen weiteren Details und der Anordnung der Ausnehmungen (Bohrungen) mit den Fig. 9, 11 und 12 unmittelbar vergleichbar, wobei die Fig. 14 ebenfalls gleichzeitig die Ansicht aus der Richtung C′′, D′′ auf die Fläche 351 darstellt.

Bei dem in Fig. 15 und den Teilfiguren 16A bis C dargestellten fünften Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers 410 ist die gitterartige Struktur des Wärmeleitungskörpers 411 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bis 12 ausgebildet. Dabei sind von jeder Seite 450 und 451 die benachbarten Ausnehmungsreihen 453 und 454 derart mit quadratischen Ausnehmungen 455 und 456 versehen, daß diese zueinander versetzt angeordnet sind, wie dies beim genannten und vorne beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Im Unterschied zu diesem dritten Ausführungsbeispiel sind gemäß den Fig. 13 und 14 nicht nur von den zueinander senkrechten diagonalen Richtungen A′ und B′ sondern auch von dazu zweifach parallel versetzten Richtungen E′ und F′ her, d. h. jeweils unter einem Winkel von 45° zur Seite 450 und 451 einerseits und zur Seite 450 und einer der Seite 451 gegenüberliegenden Seite andererseits, sechseckförmige Ausnehmungen 457 und 458 in mehreren parallelen Reihen eingebracht, wobei hier nicht nur die Reihen der einen diagonalen Richtung A′ zu denen der anderen diagonalen Richtung B′ sondern auch die Reihen der diagonalen Richtung E′ zur diagonalen Richtung A′ und die Reihen der diagonalen Richtung F′ zur diagonalen Richtung B′ und diese wiederum untereinander zueinander versetzt angeordnet sind, wie dies aus den Fig. 16B und 16C hervorgeht. Die sechseckförmige Ausnehmung 457 und 458, die bspw. ebenfalls mittels eine Lasers in den Rohkörper 454 eingeschnitten sind, sind so groß, daß sie bezogen auf das dritte Ausführungsbeispiel der Fig. 11 und 12 jeweils zwei benachbarte sechseckförmige Ausnehmungen 257 bzw. 258 umfassen, wie dies am unteren Ende der Fig. 16C punktiert angedeutet ist.

Während die Ausnehmungen 455 und 456 der Ausnehmungsreihe 453 und 454 jeweils einen Vorschub des Werkzeugs um 2h bedingen, muß zur Herstellung der sechseckförmigen Ausnehmungen 457 und 458 jeweils ein Vorschub von 4h erfolgen.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ergeben sich entsprechend einzelne Knoten 418 und davon ausgehende Stege 419 bis 422, wobei jedoch die Hohlraumanordnung in dem Wärmeleitungskörper 411, die durch die Ausnehmungen 455 bis 458 gebildet sind, nicht mehr gleichförmig ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann deshalb vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn es auf möglichst geringes Gewicht bei nicht mehr dünner fertigbaren Stegen 419 bis 422 ankommt.

Auch bei diesem fünften Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung können die einzelnen Ausnehmungen, wie beim dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, durch abschnittsweises Drehen des Rohkörpers 445 um die diagonale Raumachse 446 (oder eine andere) und Einarbeiten der Ausnehmungen gemäß den Richtungen A′, B′, C′ und D′ sowie E′ und F′ hergestellt werden.

Mit Ausnahme des ersten Ausführungsbeispieles können, wenn die Ausnehmungen mittels Laserwerkzeug eingebracht werden, sehr kleinbauende Wärmetauscherformen bis hin zu in einem elektrischen oder elektronischen oder gar IC-Baustein integrierten Wärmetauscher erreicht werden. Beispielsweise ist es möglich, Kühlplatten oder Kühlrippen von derartigen Bausteinen unmittelbar mit einer derartigen Hohlraumanordnung bzw. mit einem derartigen Netz von Ausnehmungen zu versehen.

Claims (15)

1. Wärmetauscher (10, 110, 210, 310, 410 mit einem Wärmeleitungskörper (11, 12; 111; 211; 311; 411) und einer dem Wärmeleitungskörper zugeordneten Hohlraumanordnung, die von einem gasförmigen und/oder flüssigen Wärmeleitungsmedium durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitungskörper (11, 12; 111; 211; 311; 411) eine dreidimensional gitterartige Struktur aufweist und daß die Hohlraumanordnung durch ein Netz von Ausnehmungen (27; 155 bis 158; 255 bis 258; 355 bis 358; 455 bis 458) durchzogen ist, das in allen Raumrichtungen in die gitterartige Struktur verschachtelt angeordnet bzw. verwoben ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitungskörper (11, 12; 111; 211; 311; 411) eine gleichmäßige Struktur aufweist und das Netz von Ausnehmungen (27; 155 bis 158; 255 bis 258; 355 bis 358; 455 bis 458) einen gleißmäßigen Aufbau besitzt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitungskörper (11, 12; 111; 211; 311; 411) durch mehrere dreidimensionale Gitterelemente (15; 115; 215; 315) aus von einem Knoten (18; 118; 218; 318) in zwei zueinander senkrechten Ebenen verlaufenden, etwa V-förmigen, stegartigen Elementteilpaaren (16, 17; 116, 117; 216, 217) gebildet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa V-förmigen, stegartigen Elementteilpaare (16, 17; 116, 117; 216, 217) an ihren jeweiligen Enden (25) zumindest teilweise mit weiteren Elemententeilpaaren bzw. Gitterelementen nebeneinander und/oder übereinander verbunden sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementteile der Elementteilpaare (16, 17; 116, 117; 216, 217) durch Stege (19 bis 22; 119 bis 122; 219 bis 222) mit über die Länge gleich- oder ungleichförmigem Querschnitt gebildet sind.

6. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale gitterartige Struktur des Wärmeleitungskörpers (11, 12) abschnittsweise dreidimensional ineinandergeschachtelt aufgebaut ist.

7. Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale gitterartige Struktur des Wärmeleitungskörpers (111; 211; 311; 411) durch das Vorsehen zueinander versetzter, durchgehender Ausnehmungen (155 bis 158; 255 bis 258; 355 bis 358; 455 bis 458) in mindestens zwei zueinander senkrechten Ebenen (150, 151; 250, 251; 350, 351; 450, 451) und mindestens in zwei dazu um 45° verdrehten Ebenen (A, B) in einem Rohkörper (245; 455) gebildet ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (155 bis 158) durch Bohrungen gebildet sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (255 bis 258; 455 bis 458) durch quadratische Ausnehmungen aus zwei zueinander senkrechten Richtungen (C′, D′; C′′, D′′) und durch sechseckige Ausnehmungen aus zwei zueinander senkrechten diagonalen Richtungen (A, B; A′, B′) gebildet und vorzugsweise lasergeschnitten sind.

10. Aus zwei oder mehr Wärmetauschern (10; 110; 210; 310; 410) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche aufgebaute Wärmetauscheranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitungskörper (11, 12; 111; 211; 311; 411) in einer vertikalen und/oder horizontalen und/oder diagonalen Ebene mit mindestens einer Zwischenwand (34; 365) versehen ist.

11. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (365) dadurch gebildet ist, daß in einer entsprechenden Ebene eines Rohkörpers (245) keine Bohrungen bzw. Ausnehmungen eingebracht sind.

12. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 9, gekennzeichnet durch das Einarbeiten von zueinander versetzten durchgehenden Ausnehmungen in mindestens zwei zueinander senkrechten Ebenen und in mindestens zwei dazu um 45° versetzten Ebenen eines Rohkörpers zum Erreichen einer dreidimensional gitterartigen Struktur des Wärmeleitungskörpers und eines den Wärmeleitungskörper vorzugsweise gleichmäßig und in allen Raumrichtungen durchziehenden Netzes der Ausnehmungen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohkörper um eine diagonale Raumachse in Schritten von je 120° gedreht und jeweils mit den Ausnehmungen versehen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmeleitungskröper eine Zwischenwand dadurch gebildet wird, daß in einer entsprechenden Ebene des Rohkörpers keine Ausnehmungen eingebracht werden.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen gebohrt oder lasergeschnitten werden.