Kupfer an unzugänglicher Stelle verbinden

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo zusammen,

ich bin momentan mit einem Kollegen in der Vorbereitungsphase für eine zusätzliche Lernleistung für mein Abitur.
Unser Projekt soll ein möglichst effizienter Radiator für eine PC-WaKü sein.

Jetzt zur Frage:
Da die Lamellen realativ groß werden sollen 120x240mm und dort 20 rohre durchgehen (4x5) wird es ausgesprochen schwierig, zum Verbinden an die innersten Rohre ranzukommen, selbst wenn wir Lamelle für Lamelle nacheinander draufschieben und dann verbinden.

Uns sind dabei diverse Dinge durch den Kopf gegangen, wie man das lösen könnte aber wir sind zu noch keinem zufriedenstellenden Ergebnis gekommen.
Löten oder Schweißen lässt sich wegen oben geanntem Problem schlecht bewerkstelligen und Pressen ergibt meines Erachtens nur eine sehr schlechte Wärmeübertragung her.
Unsere anderen Ideen lasse ich an dieser Stelle erstmal weg, da sonst der Text zu lang wird.

Irgendwelche Ideen? Ich bin für alle Vorschläge offen.
Vielen Dank schonmal :smile:

#2

Hallo Swen,

Pressen ergibt meines Erachtens nur eine sehr schlechte Wärmeübertragung her.

Stimmt nicht. Woraus schliesst du das ?
Flächiger Kontakt genügt. Analogie : Topf auf der Herdplatte, wobei ein nicht verzogener (ebener) Topfboden wichtig ist.
Gruß
Karl

#3

Hallo,

Es kommt nun darauf an, welche Mittel zur Verfügung stehen.

Nehmen wir mal an, ein alter E-Herd der draußen aufgestellt werden kann und etwas Stickstoff oder Argon.
( Das restliche Lötwerkzeug sehe ich mal als vorhanden an )

Im Temperaturbereich von Weichloten könnte mit einem alten E-Herd schon was bewirkt werden.
Rohre komplett vorverzinnen, planschleifen auf Maß und Verzinnung reinigen.
Lamellen vorbohren. Stanzformen z.B. Stahl vorbereiten, sodaß sich die Bohrungen paßgenau auftreiben lassen. ( Reibabtrag und Verzinnungsdicke Rohr / Lamelle berücksichtigen…am Formeneinritt einen Radius zu Bohrung / Stößel einplanen, …u.a. wegen einzubringendem Lotvorrat. )

Die Wülste der aufgetriebenen Bohrungen auf Maß des gewünschten Lamellenabstandes plan abschleifen und entgraten.
( Zugabenberechnung solltest Du draufhaben )
Innenseiten der aufgetriebenen Lamellendurchführungen verzinnen und
entsprechend der verzinnten Rohraußenmaße passend auf Rohrmaß aufreiben. ( ohne Hilfs - Schmierstoff …Prüfdorn anfertigen )
( Gute Maßhaltigkeit/ gerade Rohre wären empfehlenswert )

Die 1. Lamelle über die Rohre schieben und punktuell verlöten, damit eine Grundform geschaffen werden kann. Rohre darin ausichten und ebenfalls punktuell fixieren. ( etwas mehr Stabilität )

Die restlichen Lamellen etwa auf 150 Grad erwärmen und Stück für Stück auf Grundkonstrukt aufschieben. ( abkühlungsphasen je nach Bedarf einplanen ) und Einzelteile zusammensetzen.

Wenn zusammengefügt, ist der Herd schon vorgeheizt und inerte Gase sind im Backraum im Zufluss. ( Darum Draußen )

Montierten Kühler rasch in Backrohr einlegen, auf Schmelztemp. des Weichlotes bringen und Inertgas dabei weiter einströmen lassen.
( Eine sichtbare Lotprobe kann helfen, wann der Schmelzpunkt erreicht ist )

Etwas " ziehen " lassen und danach langsam durch reine abschaltung des Ofens abkühlen lassen. ( Weitere Gaseinleitung zunächst erforderlich )

Die Gaseinleitung hat etwas mit möglicher Oxidation zu tun, aber das arbeitet ihr Euch ebenfalls selber heraus.
Die Empfehlung: Ein Probestück bleibt vor der Hauptfertigung empfehlenswert

Viel Erfolg

mfg

nutzlos

#4

Hallo nutzlos,

vielen Dank für deinen tollen Vorschlag! Der gefällt mir sehr gut und ist auch leicht nachvollziehbar erklärt. Auf so eine Idee wär ich nich so ohne weiteres gekommen :smiley:

Nur stellt sich mir die Frage wie es bei der Wärmeleifähigkeit Kupfer-Zinn-Kupfer aussieht? Ich hatte mir eigentlich erhofft einen Weg ohne Löten zu finden, der ein tatsächliches Verschmelzen der Lamellen mit den Rohren ermöglicht.
Wäre es dann nicht vielleicht sogar besser anstatt der Kupferlamellen eloxierte Alulamellen zu nehmen? Ich hab irgendwo aufgeschnappt das eloxiertes Alu die Wärme zwar schlechter weiterleitet als Kupfer aber dafür besser _ab_leitet. Ich müsste es dann nur irgendwie schaffen, dass die Kontaktflächen der Lamellen nicht miteloxiert werden aber das dürfte sich relativ leicht bewerkstelligen lassen (ich denke da an eine Fettschicht o.ä.).

Gruß
Swen

#5

Hallo Karl,

„sehr schlecht“ war evtl. etwas übertrieben und „nicht so gut“ trifft es wahrscheinlich besser.
Ich bin folgendermaßen zu diesem Schluss gekommen:
Metalle leiten die Wärme genauso wie den Strom über das Elektronengas weiter.
Sind zwei benachbarte Metallflächen aber nicht miteinander verschmolzen, ist auch bei einem noch so großen Druck und bei einer noch so planen Oberfläche (ich gehe hier von dem praktisch machbaren aus) nicht gewährleistet, dass die Atome lückenlos nebeneinander liegen und somit auch die Elektronengase einen lückenlosen Übergang haben.

Dass das jetzt gegenüber dem Löten oder Verschweißen keinen außerordentlich großen Unterschied macht, ist mir natürlich auch bewusst aber ich möchte alles rausholen was geht, um die Wassertemperatur möglichst nahe auf die Umgebungstemperatur runterzukühlen. Und bei einer Herdplatte kommt es auf 2 oder 3 °C nicht an, zumal dort sowieso „riesige“ Temperaturen herrschen.
Wir möchten auch gegen Ende des Projekts unseren Radiator in einem Versuch mit einem Kommerziellen Radiator vergleichen und da wäre es natürlich schön, wenn unserer besser ist.

Gruß
Swen

#6

Hallo nutzlos,

Hallo @Sven Wenzel,

vielen Dank für deinen tollen Vorschlag! Der gefällt mir sehr
gut und ist auch leicht nachvollziehbar erklärt. Auf so eine
Idee wär ich nich so ohne weiteres gekommen :smiley:

Das ist auch eher für Enthusiasten gedacht…jeder darf vieles tun, aber ein Fehler in dieser Hinsicht kann bei Ausfall einer Komponente den Systemtod bedeuten. Darum empfehle ich nur weitläufig bekannte Lösungen. ( dabei ist mir eine professionelle Lösung immer lieber )

Nur stellt sich mir die Frage wie es bei der Wärmeleifähigkeit
Kupfer-Zinn-Kupfer aussieht?

Einen Teil kann die Verbindungsfläche kompensieren.
Bei manchen Kombinationen geht es nicht anders, als über direkten Kontakt und Leitmedium…sekundär sieht das anders aus.

Ich hatte mir eigentlich erhofft
einen Weg ohne Löten zu finden, der ein tatsächliches
Verschmelzen der Lamellen mit den Rohren ermöglicht.

War ein gedanklicher Unterschied

Wäre es dann nicht vielleicht sogar besser anstatt der
Kupferlamellen eloxierte Alulamellen zu nehmen?

Wären andere Komponenten nicht noch effektiver…z.B. Hartlöten mit Bohrloch - Auftreibung…

Ich hab

irgendwo aufgeschnappt das eloxiertes Alu die Wärme zwar
schlechter weiterleitet als Kupfer aber dafür besser
_ab_leitet.

Da waren 2 Sachen :Art / Unterstützung der Wärmeabstrahlung, andererseits allgemeine Kühlkörperleistung ohne Optimierung.
Die einfachste Sache ist am wenigsten wartungsintensiv.

Ich müsste es dann nur irgendwie schaffen,
dass die Kontaktflächen der Lamellen nicht miteloxiert werden
aber das dürfte sich relativ leicht bewerkstelligen lassen
(ich denke da an eine Fettschicht o.ä.).

Dann teile uns mal mit, wie Du daheim eloxieren willst …?
Interessant wären eher minimale Mittel zur optimierung der Technik, die sich am Schrott für Experimente auftreiben läßt.

Kühler und Heizregister bekommst Du dort…setze sie passend ein …

Gruß
Swen

mfg

nutzlos

#7

Hallo Swen,

Sind zwei benachbarte Metallflächen aber nicht miteinander verschmolzen, ist auch bei einem noch so großen Druck und bei einer noch so planen Oberfläche (ich gehe hier von dem praktisch machbaren aus) nicht gewährleistet, dass die Atome lückenlos nebeneinander liegen und somit auch die Elektronengase einen lückenlosen Übergang haben.

Ich denke, der Unterschied in der Wärmeleitung gepresst/verschmolzen ist - wenn es ihn überhaupt gibt - so marginal, dass du ihn mit „normalem“ Mess-Equipment nicht erfassen kannst.
Wenn du die „Löcher“ in den Lamellen mit einem Stempel tiefziehst, bekommst du eine größere Übertragungsfläche zwischen Lamelle und Rohr.

Von wesentlichem Einfluss dürfte auch sein, dass durch eine optimale Ausbildung der Lamellen die (erwärmte) Luft möglichst schnell von denen abgeführt wird. Stichwort : Zirkulation. Lamellen schräg anstellen ?

Gruß
Karl

#8

Ich denke, der Unterschied in der Wärmeleitung gepresst/verschmolzen :ist - wenn es ihn überhaupt gibt - so marginal, dass du ihn mit „normalem“ Mess-Equipment nicht erfassen kannst.

Wenn das so ist, ist das natürlich super, denn das ist der einfachste Weg.

Von wesentlichem Einfluss dürfte auch sein, dass durch eine optimale :Ausbildung der Lamellen die (erwärmte) Luft möglichst schnell von :denen abgeführt wird. Stichwort : Zirkulation. Lamellen schräg anstellen ?

Unser SolidWorks-Modell sieht so aus, dass die Lamellen vertikal stehen und die Rohre horizontal durch sie durchgehen. Außenrum ist noch eine verzierte und beleuchtete Plexiglaswand, die an vier Alu-L-Profil-Stützen festgemacht ist, und unten ist alles frei. Ein Kamineffekt ist dadurch also durchaus schon gegeben.

Gruß
Swen

#9

Hallo @Sven Wenzel,

Eigentlich werde ich mit „w“ geschrieben. Aber das kommt so selten vor, dass ich es durchaus verstehen kann, wenn man aus Gewohnheit „Sven“ schreibt. Ist nicht weiter schlimm :smiley:

Einen Teil kann die Verbindungsfläche kompensieren.
Bei manchen Kombinationen geht es nicht anders, als über
direkten Kontakt und Leitmedium…sekundär sieht das anders
aus.

Ich bin mitlerweile etwas verwirrt. Karl meint, dass durch Pressen eine annähernd genauso gute Wärmeübertragung gewährleistet wird, wie beim verschmelzen, was ich schon etwas nachvollziehen kann. Bei genauerm Nachdenken, bekomme ich sogar das Gefühl, dass das Lötzinn eher einen Wärmeleitwiderstand darstellt als eine gute Verbindung. Was ist denn jetzt besser, Löten oder Pressen?

Wären andere Komponenten nicht noch effektiver…z.B.
Hartlöten mit Bohrloch - Auftreibung…

Das hilft mir leider nicht weiter.

Da waren 2 Sachen :Art / Unterstützung der Wärmeabstrahlung,
andererseits allgemeine Kühlkörperleistung ohne Optimierung.
Die einfachste Sache ist am wenigsten wartungsintensiv.

Ich verstehe nicht ganz was du hier meinst. Wie wartungsintensiv das Ganze ist, ist wahrscheinlich nicht relevant, da der Radiator am Ende möglicherweise in irgendeiner Vitrine der Schule ausgestellt wird.

Dann teile uns mal mit, wie Du daheim eloxieren willst …?

Die Eloxierung lässt sich mit den Materialien von diesem Onlineshop, der glücklicherweise gar nicht mal so weit von hier entfernt ist, einwandfrei in der Schule durchführen.

Interessant wären eher minimale Mittel zur optimierung der
Technik, die sich am Schrott für Experimente auftreiben läßt.

Es muss nicht alles möglichst günstig und einfach sein. Bei uns steht eher das Resultat im Vordergrund und weniger die Mittel. Hinzu kommt, dass wir in unserer Schule viele fachkundige Lehrer und super ausgestattete Werkstätten haben und von daher auch etwas kompliziertere Arbeiten durchführen können.

Gruß
Swen