DE102013002213A1 - Manufacturing multi-dimensionally structured or knitted material web that is used in e.g. filter unit, comprises pressing brush-like elements against material web, and partially supporting material web by linear support elements - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer strukturierten Materialbahn aus gewirkten, gestrickten oder gewebten Fäden, insbesondere feinen Drähten aus Edelmetall oder Edelstahl, die mit mehrdimensional versteifenden Strukturen ausgestattet ist, für die Durchströmung von fluiden Medien und Verwendung derselben insbesondere als Katalysator-Netze oder als Filtermittel.The invention relates to a method for producing a structured material web from knitted, knitted or woven threads, in particular fine wires made of noble metal or stainless steel, which is equipped with multidimensional stiffening structures, for the flow of fluid media and use thereof, in particular as catalyst networks or as filtering means.
Stand der TechnikState of the art
In der chemischen Reaktionstechnik, beispielsweise bei der Ammoniak-Oxidation zur Herstellung von Salpetersäure oder Blausäure mit Hilfe von Katalysator-Netzen aus den Edelmetall-Legierungen Platin/Rhodium oder Platin/Rhodiuni/Palladium mit vergrößerter Oberfläche, werden Gewebe oder Gewirke oder Gestricke aus feinen Metalldrähten eingesetzt. In der mechanischen Trenntechnik der Filtration zur Abtrennung von Partikeln aus gasförmigen oder flüssigen Medien werden Filtermittel aus Fäden, wie feinen Metalldrähten, insbesondere aus Edelstahl, eingesetzt. Bei der Durchströmung dieser netz- bzw. maschenartigen Gebilde von fluiden Medien sind die Anordnung der Fäden zueinander und die Stabilität von besonderer Bedeutung.In chemical reaction engineering, for example, in the ammonia oxidation for the production of nitric acid or hydrocyanic acid with the aid of catalyst networks of the noble metal alloys platinum / rhodium or platinum / rhodiuni / palladium with increased surface area, woven or knitted or knitted fabrics of fine metal wires used. In the mechanical separation technique of filtration for the separation of particles from gaseous or liquid media filter media from threads, such as fine metal wires, in particular made of stainless steel, are used. In the flow through this network or mesh-like structure of fluid media, the arrangement of the threads to each other and the stability of particular importance.
Früher wurden Katalysator-Netze häufig aus gewebten Edelmetall-Drähten verwendet. Da jedoch beim Weben durch kreuzweise übereinandergelegte Metall-Drähte nur eine 2-lagige Netzstruktur gebildet wird, wobei sich die Metall-Drähte wellenartig berühren, wird bei einer Durchströmung mit einem Gas im Vergleich zur verfügbaren Oberfläche (für die katalytische Reaktion) ein verhältnismäßig großer Widerstand erzeugt, der die Formstabilität oder Festigkeit des Katalysator-Netzes gefährden kann. Bei einem Gewirk entsteht infolge der Schlaufenbildung eine beispielsweise mindestens 3-lagige Maschenstruktur, die im Vergleich zum Gewebe bei gleichem Flächengewicht eine verhältnismäßig größere freie Oberfläche bildet. Gewirke und Gestricke ermöglichen aufgrund ihrer mehrlagigen Maschenstruktur eine verbesserte Durchströmung für die katalytische Reaktion aufgrund ihrer größeren spezifischen Oberfläche. In der
Ferner sind wellenförmig angeordnete Katalysator-Netze aus Edelmetall-Legierungen, einschließlich Palladium, bekannt, die als ein System von Rückgewinnungsnetzen das bei der Ammoniakverbrennung dampfförmig verlorengehende Platin und ggf. Rhodium zum großen Teil wieder auffangen. Mit Hilfe einer wellenförmigen Anordnung der Katalysator-Netze kann erreicht werden, dass die Reaktionsleistung infolge größerer spezifischer Oberfläche bei ihrer Umströmung verbessert wird bzw. der Strömungsdruckverlust bezogen auf die Reaktionsleistung vergleichsweise geringer ausfällt. Diese wellenförmig (mit sanften Rundungen einer Sinus- oder Cosinus-Kurve) angeordneten Katalysator-Netze sind jedoch noch aus zwei Gründen verbesserungsbedürftig: Erstens ist von Nachteil, dass bei einer wellenförmigen Anordnung der Katalysator-Netze die größere spezifische Oberfläche nur in den Bereichen auftritt, wo die gewellte Oberfläche gegenüber der Anströmrichtung des fluiden Mediums geneigt ist, mit anderen Worten im Bereich der Wellenflanken. Die sinus- oder cosinusförmigen Wellenkämme und -täler, wo das fluide Medium quasi senkrecht durch die Katalysator-Netze strömt, tragen nur unwesentlich zur Vergrößerung einer größeren spezifischen Oberfläche bei. Zweitens ist nachteilig, dass eine wellenförmige Anordnung der Katalysator-Netze, ähnlich wie bei einem Wellblech oder bei parallel angeordneten Sicken, nur in einer einzigen Richtung versteifend wirkt; senkrecht dazu bleibt das wellenförmige Katalysator-Netz sehr biegeweich und verschiebt sich deshalb leicht.Also known are undulatory catalyst networks of noble metal alloys, including palladium, which, as a system of recovery networks, largely recover the platinum lost in the ammonia combustion and possibly rhodium. With the help of a wave-shaped arrangement of the catalyst networks can be achieved that the reaction performance is improved due to greater specific surface area in their flow around or the flow pressure loss based on the reaction power comparatively lower. However, these wavy (with gentle curves of a sine or cosine curve) arranged catalyst networks are still in need of improvement for two reasons: First, it is a disadvantage that in a wavy arrangement of the catalyst networks, the larger specific surface area occurs only in the areas where the corrugated surface is inclined with respect to the inflow direction of the fluid medium, in other words in the region of the corrugation flanks. The sinusoidal or cosinusoidal crests and valleys, where the fluid medium flows quasi-perpendicularly through the catalyst networks, contribute only insignificantly to the enlargement of a larger specific surface area. Secondly, it is disadvantageous that a corrugated arrangement of the catalyst nets, similar to a corrugated sheet metal or parallel beads, stiffening only in a single direction; perpendicular to this, the wave-shaped catalyst network remains very flexible and therefore shifts slightly.
Der freie Querschnitt des feinen Maschennetzes kann mit zunehmender chemischer Betriebsdauer eingeengt werden, da die oxydierten, porösen Edelmetallschichten der Drähte ein größeres Volumen als das reine Edelmetall einnehmen. Da am Katalysator-Netz bei reduziertem Maschenquerschnitt und bei gleicher Druckdifferenz der Volumendurchsatz des durchströmenden Fluids überproportional abnehmen würde, müsste man die Druckdifferenz am Katalysator-Netz entsprechend erhöhen, um einen etwa konstanten Volumendurchsatz aufrecht erhalten zu können. Das könnte sich nachteilig auf die Festigkeit der feinen Katalysator-Netze und auf die Stabilität ihrer mehrlagigen, wellenförmigen Anordnung auswirken. Wünschenswert wäre es deshalb, wenn Katalysator-Netze in mehreren Richtungen eine hohe Formsteifigkeit aufweisen könnten. The free cross section of the fine mesh can be narrowed with increasing chemical service life, since the oxidized, porous noble metal layers of the wires occupy a larger volume than the pure noble metal. Since the volume flow rate of the fluid flowing through would decrease disproportionately at the catalyst net with a reduced mesh cross section and at the same pressure difference, one would have to increase the pressure difference at the catalyst network accordingly in order to be able to maintain an approximately constant volume throughput. This could adversely affect the strength of the fine catalyst networks and the stability of their multilayer, wavy configuration. It would therefore be desirable if catalyst networks could have a high dimensional stability in several directions.
In filtertechnischen Anlagen werden Netze aus feinen Metalldrähten oder Textilfasern als Filtermittel verwendet, um Partikel aus gasförmigen oder flüssigen Medien abzutrennen. Auch hierbei sind feine Maschen mit kleinen und möglichst gleichen, freien Maschenquerschnitten, eine ausreichende Festigkeit der Drähte bzw. Fasern und eine gute Formsteifigkeit der Netze, insbesondere eine allseitige Biegesteifigkeit, wünschenswert. Dabei soll ein hoher Abscheidungsgrad der Partikel vom flüssigen oder gasförmigen Medium erreicht werden. Mit zunehmender Abscheidung der abgetrennten Partikel auf dem Filtermittel sind ansteigende Druck- oder Beschleunigungskräfte erforderlich, um das flüssige oder gasförmige Medium durch das Maschengitter des Filtermittels und ggf. den Filterkuchen drücken zu können.In filter systems, nets made of fine metal wires or textile fibers are used as filter media to separate particles from gaseous or liquid media. Here, too, fine meshes with small and preferably equal, free mesh cross-sections, sufficient strength of the wires or fibers and a good stiffness of the meshes, in particular an all-round flexural rigidity, are desirable. In this case, a high degree of separation of the particles from the liquid or gaseous medium is to be achieved. With increasing deposition of the separated particles on the filter means increasing pressure or acceleration forces are required in order to press the liquid or gaseous medium through the mesh of the filter medium and filter cake if necessary.
In der
In der
Aufgabenstellungtask
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer mehrdimensional strukturierten Materialbahn aus gewirkten, gestrickten oder gewebten Fäden, wie Drähten, insbesondere aus Edelmetall und Edelstahl, oder Fasern, die von einem gasförmigen oder flüssigen Medium durchströmt werden, insbesondere für Katalysator-Netze aus Edelmetall oder für Filtermittel insbesondere aus Edelstahldrähten oder Fasern, in der Weise weiter zu entwickeln, dass der freie Netzquerschnitt für das durchströmende Medium verringert und im Wesentlichen gleichmäßig gebildet wird, eine hohe mehrdimensionale Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit, der Materialbahn erreicht wird und der Werkstoff der Fäden der Materialbahn besonders geschont wird. Diese Verbesserungen sollen mit einem möglichst geringen konstruktiven Aufwand durchzuführen sein.The invention is based on the object, a method for producing a multi-dimensionally structured material web of knitted, knitted or woven threads, such as wires, in particular of precious metal and stainless steel, or fibers, which are flowed through by a gaseous or liquid medium, in particular for catalyst Nets made of precious metal or for filter media, in particular made of stainless steel wires or fibers, further develop in such a way that the free network cross section for the medium flowing through is reduced and formed substantially uniformly, a high multi-dimensional rigidity, in particular bending stiffness, the material web is achieved and the material the threads of the material web is particularly spared. These improvements should be carried out with the least possible design effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Erfindung zum Herstellen einer gewirkten oder gestrickten, dreidimensional strukturierten, wie beul- bzw. wölbförmig oder dreidimensional wellenförmig strukturierten, Materialbahn nach dem unabhängigen Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Herstellen einer gewebten, dreidimensional strukturierten, wie beul- bzw. wölbförmig oder dreidimensional wellenförmig strukturierten, Materialbahn nach dem unabhängigen Anspruch 5 und durch eine Verwendung der strukturierten Materialbahnen als ein Katalysator-Netz, insbesondere aus Platin-Rhodium oder Platin-Rhodium-Palladium, oder als Filtermittel im Anspruch 11, erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4 und 6 bis 10.This object is achieved by a method according to the invention for producing a knitted or knitted, three-dimensionally structured, such as bulge-shaped or three-dimensionally wavy structured material web according to
Diese komplexe Aufgabenstellung wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass eine herkömmliche, netz- bzw. maschenförmige Materialbahn als Gewirk, Gestrick oder Gewebe aus Fäden, wie Drähten oder Fasern, in der Weise umgeformt wird, dass der Abstand der Fäden zueinander, mit anderen Worten der Netzquerschnitt, durch eine im Wesentlichen biegende Umformung der Fäden verringert gebildet wird, und dann diese Anordnung der Fäden durch eine besonders Werkstoff schonende Umformung dreidimensional strukturiert wird und so die netzförmige Materialbahn mehrdimensional versteift wird, und an allen Orten der Materialbahn eine stetige Neigung in Projektionsrichtung eines anströmenden fluiden Mediums gebildet wird, wodurch der Strömungsquerschnitt in Projektionsrichtung verringert wird und die Umströmung der Fäden der Materialbahn intensiviert werden kann.This complex task is solved by the method according to the invention in that a conventional, mesh or mesh-shaped material web as a knitted fabric or fabric of threads, such as wires or fibers, is transformed in such a way that the distance of the threads to each other, in other words, the net cross-section is formed reduced by a substantially bending deformation of the threads, and then this arrangement of threads is structured three-dimensionally by a particularly gentle material forming and so the net-shaped web is multi-dimensionally stiffened, and at all locations of the web a steady Inclination is formed in the projection direction of an incoming fluid medium, whereby the flow cross-section is reduced in the projection direction and the flow around the threads of the material web can be intensified.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung können Katalysator-Netze aus feinen Edelmetall-Drähten, insbesondere aus den Edelmetall-Legierungen Platin/Rhodium oder Platin/Rhodium/Palladium, wie für die Ammoniakoxidation oder Blausäureherstellung, für eine verbesserte chemische Reaktionsleistung hergestellt werden.According to the process of the invention, catalyst networks may be prepared from fine precious metal wires, particularly platinum / rhodium or platinum / rhodium / palladium noble metal alloys, such as for ammonia oxidation or hydrogen cyanide production for improved chemical reaction performance.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung kann auf analoge Weise ein Filtermittel, insbesondere aus Edelstahl-Drähten oder Textilfasern, eine verbesserte mechanische Trennung von Partikeln aus gasförmigen oder flüssigen Fluiden bewirken.By the method according to the invention, in a similar manner, a filter medium, in particular of stainless steel wires or textile fibers, can bring about an improved mechanical separation of particles from gaseous or liquid fluids.
Im Folgenden werden die einzelnen Aspekte nach dem Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert:
Ein kleinerer und eher gleichmäßiger Abstand von Fäden, wie Drähten oder Fasern, zueinander kann bei einer netz- bzw. maschenförmigen Materialbahn dadurch erreicht werden, dass in einem primären Herstellungsschritt aus einer herkömmlichen etwa rechteckigen Netzanordnung eine etwa parallelogrammförmige Netzanordnung gebildet wird, wobei die Kantenlängen der Fäden eines einzelnen Netzgitters praktisch nicht verändert werden. Das erfolgt durch ein besonders Werkstoff schonendes biegendes Umformen der Fäden, wobei durch Umbildung der rechteckigen Anordnung in eine parallelogrammförmige Anordnung ein verringerter Abstand der Fäden zueinander und somit ein kleinerer Strömungsquerschnitt gebildet wird. Das folgt aus geometrischen Gründen, da bei jeweils gleichen Kantenlängen eines einzelnen Netzgitters ein Parallelogramm stets eine kleinere Fläche einnimmt als ein Rechteck. Hierauf wird später noch näher eingegangen, da sich gewebte und gewirkte bzw. gestrickte Netz- bzw. Materialbahnen dabei ganz unterschiedlich verhalten. Wesentlich ist, dass nach der oben genannten Biegeumformung der Fasern aufgrund ihres elastischen Werkstoffverhaltens die etwa parallelförmig gebildeten Fäden der Netze zum Teil zurückfedern können (tendenziell zurück zur rechteckigen Anordnung der Fasern). Um das zu verhindern, wird erfindungsgemäß in einem angekoppelten oder integrierten, sekundären Herstellungsschritt die parallelogrammförmig gebildete Netzanordnung der Fasern mit Hilfe eines besonders Werkstoff schonenden, mehrdimensionalen Strukturierungsverfahrens fixiert und gleichzeitig mit einer hohen allseitigen Biegesteifigkeit ausgestattet. Im Fall von sehr biegeweichen Fäden im weitestgehend plastischen Werkstoffverhalten, wo keine oder nur eine unwesentliche Rückfederung auftritt, könnte man auf eine Fixierung der etwa parallelogrammförmig gebildeten Anordnung der Fäden verzichten.In the following, the individual aspects are explained in more detail by the method according to the invention:
A smaller and rather uniform spacing of threads, such as wires or fibers, from each other can be achieved in a net or mesh-shaped material web by forming an approximately parallelogram-shaped net arrangement in a primary production step from a conventional approximately rectangular net arrangement, the edge lengths of the Threads of a single mesh grid are virtually unchanged. This is done by a particularly material gentle bending forming the threads, wherein by reshaping the rectangular arrangement in a parallelogram arrangement, a reduced distance of the threads to each other and thus a smaller flow cross-section is formed. This is due to geometrical reasons, since with the same edge lengths of a single net grid, a parallelogram always occupies a smaller area than a rectangle. This will be discussed in more detail later, since woven and knitted or knitted net or webs behave quite differently. It is essential that after the above-mentioned bending deformation of the fibers due to their elastic material behavior, the approximately parallele-shaped threads of the nets can spring back in part (tends back to the rectangular arrangement of the fibers). In order to prevent this, according to the invention, in a coupled or integrated, secondary production step, the parallelogram network arrangement of the fibers is fixed with the aid of a material-saving, multi-dimensional structuring method and at the same time provided with a high bending stiffness on all sides. In the case of very flexible threads in the largely plastic material behavior, where no or only an insignificant springback occurs, one could do without a fixation of approximately parallelogram formed arrangement of the threads.
Bei den hier beschriebenen Vorgängen einer Umbildung der Fäden zwecks Verringerung der Abstände der Fäden zueinander und Versteifung derselben verhalten sich Gewirke bzw. Gestricke ganz anders als Gewebe. Der Grund hierfür ist die unterschiedliche geometrische Anordnung der Fäden in einer netz- bzw. maschenförmigen Materialbahn. Bevor die Lösung nach der Aufgabenstellung im Einzelnen beschrieben wird, werden zunächst die Begriffe Gewebe, Gewirk und Gestrick kurz beschrieben und voneinander abgegrenzt: Gewebe sind aus getrennten Fäden, wie Drähten bzw. Fasern, zusammengesetzt, die kreuzweise und wellenförmig zueinander angeordnet sind, an ihren Berührungsstellen die zweifache Fadendicke aufweisen und so ein 2-lagiges Flächengebilde ergeben. Gewirke sind aus Fadensystemen durch eine räumliche Maschenbildung auf einer Wirkmaschine industriell hergestellte Stoffe. Hierbei werden durch ineinander hängende Fadenschleifen räumliche Maschen gebildet, und so entsteht eine mindestens 3-lagige Maschenstruktur. Beim Stricken oder Häkeln wird eine Masche neben der anderen hergestellt, wobei der Faden horizontal entlang einer Maschenreihe verläuft.In the processes described here of a reshaping of the threads in order to reduce the distances between the threads to each other and stiffening the same knitted fabrics or knitted fabrics behave quite differently than tissue. The reason for this is the different geometric arrangement of the threads in a net or mesh-shaped material web. Before the solution is described in detail according to the task, the terms tissue, knitted fabric and knitted fabric are briefly described and delimited from one another: Tissues are composed of separate threads, such as wires or fibers, which are arranged crosswise and undulating to each other Touch points have twice the thread thickness and so give a 2-ply sheet. Knitted fabrics are made of thread systems by a spatial stitch formation on a knitting machine industrially produced fabrics. Here are formed by interlocking thread loops spatial meshes, and thus creates a minimum of 3-layer mesh structure. When knitting or crocheting one stitch is made next to the other with the thread running horizontally along a course of stitches.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird nun näher erläutert, wie bei einem Gewirk oder Gestrick der Abstand der Fäden, wie Drähte oder Fasern, zu einander verringert gebildet wird und dadurch ein kleinerer und im Wesentlichen gleichmäßiger Netz- bzw. Maschenquerschnitt erzeugt werden kann. Mit den Worten „im Wesentlichen gleichmäßiger Netz- bzw. Maschenquerschnitt” soll zum Ausdruck gebracht werden, dass infolge der oben beschriebenen räumlichen Maschenanordnung, wobei die Fadenschleifen komplex angeordnet sein können, nur bedingt von einem gleichmäßigen Netzquerschnitt, wie bei einer gewebten Materialbahn, gesprochen werden kann.According to one aspect of the invention will now be explained in more detail, as in a knitted or knitted fabric, the distance of the threads, such as wires or fibers is formed reduced to each other and thereby a smaller and substantially uniform mesh or mesh cross-section can be generated. By the words "substantially uniform mesh or mesh cross-section" is to be expressed that due to the spatial mesh arrangement described above, wherein the thread loops can be arranged complex, only conditionally of a uniform network cross-section, such as in a woven material web, can be spoken.
Die Materialbahn wird in einem primären Herstellungsschritt im Bereich der mindestens 3-lagigen Maschenreihen durch an- oder eindrückende Elemente fixiert, und dann werden diese Elemente gemeinsam mit der fixierten Materialbahn gegeneinander zu bewegt, wodurch der lichte Abstand zwischen den mindestens 3-lagigen Maschenreihen der Materialbahn reduziert gebildet wird. Hierzu können insbesondere die folgenden zwei Varianten zur Anwendung kommen:
In der ersten Variante werden partiell bzw. punktweise angreifende Elemente, analog einer Bürste, jedoch mit einer schmalen Reihe feiner Stifte, verwendet, die folgendermaßen angeordnet sind: Feine, steife Stifte werden jeweils in einer Reihe in getrennten, parallel verschiebbaren Leisten angeordnet. Diese Stifte mit ihrem spitzen Ende werden vorzugsweise im Bereich der mindestens 3-lagigen Maschenanordnung zwischen den Fäden hinein gedrückt, um die Materialbahn zu fixieren. Hier liegen die Fäden, wie Drähte bzw. Fasern, mehrlagig übereinander und verhalten sich stabiler als im Bereich der 2-lagigen Fadenanordnung dazwischen. Dabei wird die Dicke, d. h. die Höhe in senkrechter Richtung, der mindestens 3-lagigen Maschenanordnung nicht oder nur geringfügig verändert. Dann werden die mit den Stiften versehenen Leisten gemeinsam mit der fixierten Materialbahn parallel zueinander verschoben und gegenseitig aufeinander zubewegt. Das aufeinander Zubewegen erfolgt quasi von selbst, was sich folgendermaßen erklären lässt: Durch die von den Stiften auf die Materialbahn übertragenen Kräfte werden im Wesentlichen die Fäden im Bereich der 2-lagigen Fadenanordnung (zwischen den mindestens 3-lagigen Maschenreihen) schräg gebogen und in eine etwa parallelogrammförmige Netzanordnung gebracht. Da das gebildete Parallelogramm eines einzelnen Netzgitters bei unveränderter Kantenlänge der Fäden eine kleinere Fläche einnimmt als das ursprüngliche Rechteck, wird der Netz- bzw. Maschenquerschnitt reduziert gebildet. Im Bereich der mindestens 3-lagigen Fäden ist eine geometrische Umlagerung in eine etwa parallelogrammförmige Gestalt nicht erforderlich, da aufgrund der mindestens 3-lagigen, räumlichen, maschenförmigen Fäden-Anordnung der freie Querschnitt für ein durchströmendes fluides Medium ohnehin schon gering ist.The material web is fixed in a primary production step in the region of the at least 3-ply courses by pressing or pressing elements, and then these elements together with the fixed material web to move towards each other, whereby the clear distance between the at least 3-ply courses of the web is formed reduced. In particular, the following two variants can be used for this purpose:
In the first variant partially or pointwise attacking elements, analogous to a brush, but with a narrow row of fine pins, used, which are arranged as follows: Fine, stiff pins are each arranged in a row in separate, parallel sliding strips. These pins with their pointed end are preferably pressed in the region of the at least 3-layer mesh arrangement between the threads in order to fix the material web. Here are the threads, such as wires or fibers, multi-layered one above the other and behave more stable than in the region of the 2-layer thread arrangement in between. The thickness, ie the height in the vertical direction, the at least 3-layer mesh arrangement is not or only slightly changed. Then, the strips provided with the pins are moved together with the fixed material web parallel to each other and moved toward each other. The successive Zubewegen takes place quasi by itself, which can be explained as follows: The forces transferred from the pins on the web substantially the threads in the region of the 2-layer thread arrangement (between the at least 3-layer rows of stitches) are bent obliquely and into a brought about parallelogram network arrangement. Since the formed parallelogram of a single mesh grid occupies a smaller area with unchanged edge length of the threads than the original rectangle, the net or mesh cross-section is formed reduced. In the region of the at least three-layered threads, a geometric rearrangement into an approximately parallelogram-shaped shape is not necessary since, owing to the at least three-layer, spatial, mesh-like thread arrangement, the free cross section for a fluid medium flowing through is low anyway.
Nach dieser im Wesentlichen biegenden Deformation der Fäden könnte eine Rückfederung der Fäden und somit eine unerwünschte Rückbildung hin zur rechteckigen, d. h. größeren, Maschenweite – vonstatten gehen. Deshalb werden in einem darauf folgenden oder integrierten Herstellungsschritt (sekundärer Herstellungsschritt) die etwa parallelogrammförmig gebildeten Anordnungen der Fäden durch eine mehrdimensionale Strukturierung fixiert und gleichzeitig mehrdimensional versteift. Dabei erfolgt die dreidimensionale Strukturierung besonders Werkstoff schonend, und die Fasern werden dabei nicht oder nur unwesentlich zusammengedrückt. Diese besonders Werkstoff schonende, mehrdimensionale Strukturierung wird später näher beschrieben.After this substantially bending deformation of the threads, a springback of the threads and thus an undesirable regression towards the rectangular, d. H. larger, mesh size - go. Therefore, in a subsequent or integrated production step (secondary production step), the approximately parallelogram-shaped arrangements of the threads are fixed by a multi-dimensional structuring and at the same time stiffened multidimensionally. In this case, the three-dimensional structuring takes place particularly gently, and the fibers are not or only slightly compressed. This material-saving, multi-dimensional structuring will be described in more detail later.
In einer weiteren Variante nach der Erfindung werden weiche partielle Druckelemente verwendet, die von oben, d. h. senkrecht zur Materialbahn, im Wesentlichen gegen die – im Vergleich zu den 2-lagigen Fädenreihen höher gelegenen – mindestens 3-lagigen Maschenreihen drücken und dann senkrecht dazu, d. h. parallel zur Materialbahn, gegeneinander bewegt werden. Dabei werden die mindestens 3-lagigen Maschenreihen nicht oder nur geringfügig zusammengedrückt. Dadurch werden im Wesentlichen die 2-lagigen Fädenreihen der Materialbahn, die sich zwischen den mindestens 3-lagigen Maschenreihen befinden, zum Teil zusammen geschoben, d. h. quasi gestaucht. Auf diese Weise werden der Abstand der Fäden zueinander verringert und der Netzquerschnitt insbesondere im Bereich der 2-lagigen Fädenreihen reduziert gebildet. In einer sehr einfachen Ausführung, beispielsweise bei einer Materialbahn mit kleinen geometrischen Abmessungen, können die Fingerkuppen einer linken und rechten Hand als weiche Druckelemente zur Anwendung kommen. Hierbei werden die Fingerkuppen der einen Hand und die Fingerkuppen der anderen Hand von oben gegen die Materialbahn, die auf einem glatten Tisch liegt, gedrückt und dann gegeneinander bewegt.In a further variant according to the invention, soft partial printing elements are used, which from above, d. H. perpendicular to the material web, press substantially against the - at least 3-ply rows of stitches in comparison to the 2-ply rows of threads - and then perpendicularly thereto, d. H. parallel to the material web to be moved against each other. The minimum of 3-ply courses are not or only slightly compressed. As a result, the two-ply rows of threads of the material web, which are located between the at least three-ply rows of stitches, are pushed together in part, ie. H. almost squashed. In this way, the distance of the threads are reduced to each other and the network cross-section formed reduced in particular in the region of the 2-ply rows of threads. In a very simple embodiment, for example, in a material web with small geometric dimensions, the fingertips of a left and right hand can be used as soft printing elements. Here, the fingertips of one hand and the fingertips of the other hand are pressed from above against the web, which lies on a smooth table, and then moved against each other.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird nun erläutert, wie bei einem Gewebe der Abstand der Fäden, wie Drähte oder Fasern, zueinander verringert wird und dadurch ein kleiner Netzquerschnitt der gewebten Materialbahn erzeugt werden kann. Bei einem Gewebe ist das einfacher als bei einem Gewirk bzw. Gestrick durchzuführen, da bei einem Gewebe keine Maschen existieren, deren Fäden sich zusammenziehen könnten. Ein Gewebe verhält sich eher wie ein ebenes flächiges Gebilde, wobei ihre gewebten, d. h. flach und wellenartig gelegten, Fäden sich an ihren Kreuzungspunkten berühren und sich ähnlich wie Scharniere bewegen lassen. Natürlich treten dabei auch geringfügige Biegedeformationen auf, da die Fäden nicht gerade sondern etwas wellenförmig verlaufen, die aber in guter Näherung vernachlässigt werden können. Man kann nun bei einem solchen Gewebe den Netzquerschnitt vergleichsweise einfach dadurch verringern, dass aus einer rechteckigen eine parallelogrammförmige Fädenanordnung gebildet wird. Nach einem Aspekt des Verfahrens gemäß der Erfindung kann das durch eine Schubdeformation der gewebten Materialbahn, beispielsweise mit Hilfe von seitlich angreifenden Schienen, erfolgen. Das geschieht insbesondere an einer vorgekrümmten, beispielsweise zylindrisch vorgekrümmten, Materialbahn. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass sich bei der Schubdeformation, ähnlich wie bei der Torsion eines dünnwandigen Zylinders – infolge unter 45° zur Laufrichtung der Materialbahn sich dabei einstellenden Druckkräfte – sich von selbst unerwünschte Falten oder Wellen in der Materialbahn bilden. Durch die Vorkrümmung der Materialbahn führt zu einer Stabilisierung und macht letztere unempfindlicher gegenüber der unerwünschten Falten- oder Wellenbildung.According to a further aspect of the invention, it will now be explained how, in the case of a woven fabric, the spacing of the threads, such as wires or fibers, from one another is reduced and a small net cross section of the woven material web can thereby be produced. This is easier to do with a fabric than with a knit fabric because there are no stitches on a fabric whose threads could contract. A weave behaves more like a planar, flat structure, with its woven, ie flat and wavy, threads touching each other at their points of intersection and moving like hinges. Of course, there are also minor bending deformations, as the threads are not straight but somewhat wavy, but can be neglected in good approximation. With such a fabric, it is now possible to reduce the net cross-section comparatively simply by forming a parallelogram-shaped thread arrangement from a rectangular one. According to one aspect of the method according to the invention, this can be done by a shear deformation of the woven material web, for example by means of laterally engaging rails. This happens in particular on a pre-curved, for example cylindrically pre-curved, material web. This is possible avoid that in the shear deformation, similar to the torsion of a thin-walled cylinder - due to under 45 ° to the direction of the web thereby adjusting pressure forces - form themselves undesirable wrinkles or waves in the web. Due to the pre-curvature of the material web leads to a stabilization and makes the latter less sensitive to the undesirable wrinkles or waves.
Anstatt der seitlich angreifenden Schienen können auch einfache Zugelemente zur Anwendung kommen, die diagonal an der rechteckigen, gewebten Materialbahn angreifen. Um auch hierbei die oben genannte unerwünschte Falten- oder Wellenbildung zu vermeiden, kann die gewebte Materialbahn ebenfalls zylindrisch vorgekrümmt werden. Das geschieht beispielsweise durch Aufliegen der Materialbahn auf einer glatten Walze, vorzugsweise auf derselben elastomeren Druckwalze, die ohnehin für den Herstellungsschritt des mehrdimensionalen Strukturierens der Materialbahn (sekundärer Herstellungsschritt) zur Anwendung kommt.Instead of the laterally engaging rails, it is also possible to use simple tension elements which engage diagonally on the rectangular, woven material web. In order to avoid the above-mentioned undesirable wrinkling or wave formation, the woven material web can also be cylindrically pre-curved. This is done, for example, by resting the material web on a smooth roller, preferably on the same elastomeric pressure roller, which is used anyway for the production step of the multi-dimensional structuring of the material web (secondary production step).
Im Folgenden wird das mehrdimensionale Versteifen durch ein besonders Werkstoff schonendes Strukturieren der gewirkten, gestrickten oder gewebten Materialbahn, die im primären Herstellungsschritt mit einem kleinen Netzquerschnitt ausgestattet wurde, näher erläutert. Dabei werden Erkenntnisse aus bekannten mehrdimensional strukturierenden Verfahren mit herangezogen und letztere weiterentwickelt.In the following, the multi-dimensional stiffening is explained in more detail by a material-friendly structuring of the knitted, knitted or woven material web, which was equipped in the primary production step with a small network cross-section. Insights from known multi-dimensional structuring methods are used and the latter developed further.
Bei den bekannten beul- bzw. wölbstrukturierten und dreidimensional wellenförmig strukturierten Materialbahnen handelt es sich um dünnwandige Platinen oder Coils, insbesondere aus homogenen Werkstoffen, wie Metall und Kunststoff. Oder es handelt sich um Papier, Pappe und faserverstärkte Kunststoffe, die zwar nicht homogen aufgebaut sind, aber keine Hohlräume aufweisen. Deshalb wird bei deren Umformung, wie beim bekannten beul- bzw. wölbstrukturierten und dreidimensional wellenförmigen Strukturieren, das spezifische Volumen der Werkstoffs praktisch nicht verändert.The known beul- or vault structured and three-dimensional wavy structured material webs are thin-walled boards or coils, in particular of homogeneous materials, such as metal and plastic. Or it is paper, cardboard and fiber-reinforced plastics, which are not homogeneous but have no cavities. Therefore, the specific volume of the material is virtually unchanged during their transformation, as in the known bulge or vault structured and three-dimensional wave-like structuring.
Im Gegensatz ist das Umformen maschenförmig aufgebauten Materialbahnen, wie viel schwieriger, da die Schlaufenbildung beim Verstricken zu Hohlräumen führen können und deshalb bei einer Umformung der Materialbahn, wie beim dreidimensionale Strukturieren, leicht das maschenartige Volumen verändert wird. Die bekannten Verfahren zum beul- bzw. wölbstrukturierten und dreidimensional wellenförmigen Strukturieren, die im folgenden Abschnitt kurz beschrieben werden, geben noch keine konkreten Hinweise für das dreidimensionale Strukturieren von maschenförmigen Materialbahnen quasi ohne Veränderung des spezifischen Volumens an. Die geometrischen Abmessungen der Netz- bzw. Maschenstruktur einerseits und der versteifenden dreidimensionalen Makro-Struktur des beul- bzw. wölbförmigen und dreidimensional wellenförmigen Strukturieren andererseits sind sehr unterschiedlich. Die Größe der versteifenden, dreidimensionalen Makro-Struktur liegt im cm-Bereich, während die Größe der Netz- bzw. Maschenstruktur im mm-Bereich liegt.In contrast, the forming mesh-like webs, as much more difficult, since the looping can cause entangling in the cavities and therefore in a deformation of the web, as in the three-dimensional structuring, the mesh-like volume is easily changed. The known methods for bulge-structured and vault-structured and three-dimensional wave-shaped structuring, which are briefly described in the following section, do not yet give any concrete indications for the three-dimensional structuring of meshed material webs virtually without changing the specific volume. The geometrical dimensions of the net or mesh structure on the one hand and the stiffening three-dimensional macro-structure of the bulge-shaped or vault-shaped and three-dimensionally wavy structuring on the other hand are very different. The size of the stiffening, three-dimensional macro-structure is in the cm range, while the size of the mesh or mesh structure is in the mm range.
Die bekannten dreidimensionalen Wölbstrukturen aus dünnwandigen Werkstoffen entstehen besonders Werkstoff schonend mit Hilfe eines geordneten Beulverfahrens, wobei eine dünnwandige Materialbahn in einer gekrümmten Gestalt auf ihrer Innenseite durch linienförmige Elemente abgestützt und von außen mit Druck beaufschlagt wird. Dabei stellen sich auf Basis einer kontrollierten Selbstorganisation mit geringem Energieaufwand regelmäßig angeordnete, viereckige oder sechseckige Beul- bzw. Wölbstrukturen (
Theoretische und vergleichende Untersuchungen haben aufgezeigt, dass sich die dreidimensionalen Strukturierungsverfahren des Beul- bzw. Wölbstrukturierens und des dreidimensional wellenförmig Strukturieren in modifizierter Weise nach der Erfindung auch für Werkstoffe mit kleinen Hohlräumen, wie gewirkte, gestrickte oder gewebte Materialbahnen, sogar aus feinen Fäden, anwenden lassen. Das war nicht zu erwarten gewesen, da insbesondere die maschenförmigen Materialbahnen räumliche Fadengebilde darstellen, die sich bei der konventionellen dreidimensionalen Umformung leicht zusammenziehen können. Die Weiterentwicklung gemäß der Erfindung hat damit zu tun, dass beim Beul- bzw. Wölbstrukturierungsverfahren im Bereich der Falten bzw. Wülste im Wesentlichen Membran-Druckkräfte und Biegekräfte und nicht Membran-Zugkräfte und Biegekräfte (wie beim konventionellen Prägen) wirksam werden. Bei maschen- und netzförmigen Materialbahnen, insbesondere bei feinen Fäden, wie Drähten und Fasern, soll nach dem Verfahren gemäß der Erfindung beim Wölbstrukturieren oder beim dreidimensional wellenförmigen Strukturieren das Wirkmedium, wie die elastische Druckwalze, mit einer Shorehärte 10 bis 50, vorzugsweise 25 bis 35 ausgestattet werden. Durch diese besonders Werkstoff schonende, dreidimensionale Strukturierung wird erreicht, dass die im primären Herstellungsschritt gebildeten etwa parallelogrammförmigen Fädenanordnungen der gewirkten oder gestrickten Materialbahn stabilisiert werden und so ihre versteifende Makro-Struktur und ihre Mikro-Struktur (Netz- bzw. Maschenanordnung) im Wesentlichen beibehalten können. Das gilt auch für die oben genannten gewebten Materialbahnen aus feinen Fäden. Hierbei sorgt die dreidimensionale Strukturierung dafür, dass die etwa parallelogrammförmige Netz- bzw. Maschenanordnung der Fäden erhalten bleibt und nicht oder nur unwesentlich in die ursprüngliche rechteckige Netz- bzw. Maschenanordnung zurückfedert.Theoretical and comparative investigations have shown that the three-dimensional structuring processes of bulge structuring and three-dimensional wavy structuring take place in a modified manner according to the Invention also for materials with small cavities, such as knitted, knitted or woven webs, even from fine threads, apply. This was not to be expected since, in particular, the mesh-shaped material webs represent spatial thread formations which can easily contract in conventional three-dimensional forming. The development according to the invention has to do with the fact that in the buckling or vault structuring process in the region of the folds or beads substantially membrane pressure forces and bending forces and not membrane tensile forces and bending forces (as in conventional embossing) are effective. In mesh and net-shaped material webs, especially in fine threads, such as wires and fibers, according to the method according to the invention in Völbstrukturieren or three-dimensional wavy structuring the active medium, such as the elastic pressure roller, with a Shore hardness of 10 to 50, preferably 25 to 35 be equipped. This particularly material-saving, three-dimensional structuring ensures that the approximately parallelogram-shaped thread arrangements of the knitted or knitted material web formed in the primary production step are stabilized and can thus substantially retain their stiffening macrostructure and their microstructure (mesh arrangement) , This also applies to the above-mentioned woven webs of fine threads. In this case, the three-dimensional structuring ensures that the approximately parallelogram-shaped mesh or stitch arrangement of the threads is retained and does not or only insignificantly spring back into the original rectangular mesh or stitch arrangement.
Nach einem Aspekt des Verfahrens gemäß der Erfindung kann im Falle eines ausgeprägten elastischen Werkstoffverhaltens einer gewebten Materialbahn (linearer Abschnitt des Spannungs-Dehnungsdiagramms) ein integrierter Herstellungsprozess aus dem Vorgang der Reduzierung des netzförmigen Querschnitts (primärer Herstellungsschritt) und dem sekundären dreidimensionalen Strukturieren, wie dem Wölbstrukturieren und dem dreidimensional wellenförmigen Strukturieren, zur Anwendung kommen. Hierauf wird später beispielhaft in der
Die dreidimensionalen Strukturen, wie die wölbstrukturierten oder dreidimensional wellenförmigen Strukturen einer gewirkten, gestrickten oder gewebten Materialbahn können infolge der kuppenförmigen, d. h. dreidimensionalen, Form der Mulden bzw. Kalotten einen größeren Anteil an stetig geneigten Projektionsflächen für ein anströmendes fluides Medium ergeben als die bekannte zweidimensional gewellten Materialbahn (
Bei einer Fortbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Falten oder Wülste gemäß einer Grundform oder der Kombination mehrerer geometrischer Grundformen aus der folgenden Gruppe von geometrischen Grundformen gebildet sind: Dreieck, Viereck, insbesondere Quadrat, Rechteck, Raute oder Parallelogramm, Fünfeck, Sechseck (Hexagon) und Achteck.In a further development of the method according to the invention, it is provided that the folds or beads are formed in accordance with a basic shape or the combination of a plurality of geometric basic shapes from the following group of geometric basic shapes: triangle, quadrangle, in particular square, rectangle, rhombus or parallelogram, pentagon, Hexagon (hexagon) and octagon.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strukturierung eine selbstorganisierende Strukturierung ist. Dabei entstehen die Mulden bzw. Kalotten sowie die Falten bzw. Wülste besonders Material schonend.A preferred embodiment of the invention provides that the structuring is a self-organizing structuring. The troughs or calottes and the folds or beads are particularly gentle on the material.
Die Ausgestaltung der mehrdimensionalen Strukturen kann nach dem Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise auch mit Hilfe von geometrisch angepassten Stützelementen, beispielsweise auf einer Walze oder Rolle im kontinuierlichen Betrieb mit Hilfe von geometrisch angepassten Formwerkzeugen, wie Stempel und Matrize oder Stempel und Wirkmedium, insbesondere Elastomer oder fluidisches Medium, erfolgen.The configuration of the multidimensional structures can also be carried out according to the method according to the invention preferably with the aid of geometrically adapted support elements, for example on a roller or roller in continuous operation with the aid of geometrically adapted molds such as punch and die or die and active medium, in particular elastomer or fluidic Medium, done.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele:Description of preferred embodiments:
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Zunächst werden Ausführungsbeispiele für gewebte Materialbahnen und anschließend Ausführungsbeispiele für gewirkte Materialbahnen beschrieben. Hierbei zeigen:The invention will be explained in more detail below by means of embodiments with reference to figures of a drawing. First, embodiments for woven material webs and then embodiments for knitted material webs will be described. Hereby show:
In der
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- Prospekt von Heraeus, „Ammonia Oxidation Catalysts from Heraeus”, D. F. Lupton et. al. [0028] Prospectus of Heraeus, "Ammonia Oxidation Catalysts from Heraeus", DF Lupton et. al. [0028]
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Title |
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Prospekt von Heraeus, "Ammonia Oxidation Catalysts from Heraeus", D. F. Lupton et. al. |
Prospekt von Heraeus, "Ammonia Oxidation Catalysts from Heraeus", D. F. Lupton et.al., page 09 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102013002213B4 (en) | 2016-06-02 |
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