DE102005022236A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von mikrostrukturierten Metallfolien für Reaktoren zur Wärmeübertragung - Google Patents
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- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von mikrostrukturierten Metallfolien für Reaktoren zur Wärmeübertragung. Gemäß der Erfindung werden die Mikrostrukturen in den Metallfolien mittels eines ECM/PECM-Senkverfahrens erzeugt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von mikrostrukturierten Metallfolien für Reaktoren zur Wärmeübertragung.
- Es ist bekannt, dass mikrostrukturierte Wärmetauscher bzw. Reaktoren bezüglich der Wärmeübertragung große Vorteile gegenüber konventionellen Systemen ausweisen. Solche mikrostrukturierten Wärmetauscher sind aus hochtemperaturfesten Metallfolien aufgebaut, welche im Betrieb Temperaturen von bis zu 600°C ausgesetzt werden.
- Die Metallfolien weisen bekanntermaßen Mikrokanäle mit Abmessungen von einigen 100 μm auf. Die Mikrokanäle werden üblicherweise mittels Mikrozerpanung, z.B. Drehen oder Fräsen und chemischen Ätzens hergestellt. Ein Nachteil der Mikrozerspanung ist dabei der hohe Werkzeugverschleiß, was das Herstellungsverfahren mittels Mikrozerspanung unwirtschaftlich macht.
- Ein Nachteil des chemischen Ätzens ist der mehrstufige Herstellungsprozeß. Beim chemischen Ätzen wird die zu bearbeitende Metallfolie mit einem Fotolack laminiert, anschließend belichtet, entwickelt, geätzt. Abschließend erfolgt das Strippen des Fotolacks. Bei den einzelnen Prozessschritten fallen entsprechende Abfälle/Abwasser, welche entsorgt werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist, dass mit dem chemischen Ätzen prozessbedingt nur kleine Aspektverhältnisse (Tiefe/Breite) erzielt werden können, was den Anwendungsbereich des Verfahrens erheblich einschränkt.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem in einem einzigen Prozessschritt die gewünschte Struktur dargestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin eine Vorrichtung anzugeben, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Gemäß der Erfindung werden die Mikrostrukturen in den Metallfolien mittels eines ECM/PECM-Senkverfahrens erzeugt, wobei ECM electrochemical machining und PECM pulsed electrochemical machining bedeutet.
- Das Prinzip ECM/PECM-Senkens ist z.B. in
DE 10 2004 049 967 beschrieben. Das ECM/PECM-Senkverfahren sieht eine Arbeitselektrode vor, die in bestimmtem Abstand zum Werkstück geführt wird. - zwischen Werkstück und Arbeitselektrode ist ein Elektrolyt vorgesehen, durch welchen hindurch zwischen Arbeitselektrode und Werkstück ein Arbeitsstrom fließt. Der Arbeitsstrom ergibt sich aus einer Arbeitsspannung, welche an der Arbeitselektrode erzeugt wird, wobei das Werkstück zur Masse hin geschlossen ist. Zum Durchführen des Senkvorganges ist der Abstand zwischen Arbeitselektrode und Werkstück geregelt und die Arbeitsspannung so bestimmt, dass der sich ergebende Arbeitsstrom ein Gleichstrom oder ein gepulster Gleichstrom ist. Die Arbeitsspannung ist also eine Gleichspannung fester oder bestimmter Größe.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Arbeitselektrode mit einer bezüglich der zu erzeugenden Mikrostrukturen negativen Oberfläche auf. In der Oberfläche dieser Arbeitselektrode sind zudem Mikrostrukturen mit Abmessungen von 100–500 μm ausgeführt. Damit ist es möglich, im Werkstück entsprechende Strukturen herzustellen.
- In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist zwischen den zu strukturierenden Metallfolien und der Arbeitselektrode ein Elektrolyt vorhanden, welches in einem Kreislauf geführt wird. Durch die Kreislaufführung des Elektrolyt (=Prozesslösung) werden insbesondere die wirtschaftlichen Kosten für die Auffrischung und Entsorgung des Elektrolyten verringert.
- Weitere Vorteile der Erfindung sind, dass die Endkontur-Bearbeitung des Werkstücks in einem einzelnen Arbeitsgang erfolgt. Somit sind keine zeitaufwendigen und kostenintensiven Nachbearbeitungen nötig.
- Mit dem erfindungsgemäße Verfahren ist es zudem möglich, einen schnellen Materialabtrag zu erzielen. Typischerweise können Materialabträge von 1,0–1,6 cm3/min erzielt werden. Die Bearbeitungszeit zur Herstellung der Folien kann so wesentlich verringert werden.
- Außerdem findet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Wärmebeanspruchung des Werkstücks statt, dadurch kommt es zu keinen Festigkeitsverlusten des Werkstücks.
- Ein weiterer Vorteil ist die hohe Variabilität in der Formgebung. So kann durch einfaches Ersetzen der Arbeitselektrode die Form nachfolgend zu bearbeitender Werkstücke geändert werden. Außerdem wird dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Reproduzierbarkeit der Folienstruktur erreicht. Dies Reproduzierbarkeit ist insbesondere wichtig für eine zuverlässige Stapelbakeit der Folien z.B. zu einem Wäremtauscher- oder Reaktorstapel.
- Des Weiteren kann durch die exakte Formgebung der Metallfolie durch das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Kanaldichte erzielt werden, dadurch ist möglich, die Stegbreite zwischen benachbarten Kanälen deutlich zu reduzieren.
Claims (3)
- Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten Metallfolien für Reaktoren zur Wärmeübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturen in den Metallfolien mittels eines ECM/PECM-Senkverfahrens erzeugt werden.
- Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitselektrode mit einer bezüglich der zu erzeugenden Mikrostrukturen negativen Oberfläche vorhanden ist, wobei in der Oberfläche Mikrostrukturen mit Abmessungen von 100–500 μm ausgeführt sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zu strukturierenden Metallfolien und der Arbeitselektrode ein Elektrolyt vorhanden ist, welches in einem Kreislauf geführt wird.
Priority Applications (2)
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Also Published As
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