DE1908693B2

DE1908693B2 - Verfahren zur ausbildung der duesenwaende von trennduesen

Info

Publication number: DE1908693B2
Application number: DE19691908693
Authority: DE
Inventors: Werner 7530 Pforzheim Großstück
Original assignee: Fa. Klaus D. Weber, 7530 Pforzheim
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1969-02-21
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1973-02-01
Also published as: US3668080A; DE1908693A1; DE1908693C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ausbildung der Diisenwände von Trenndüsen mit Umlenkkanälen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichem Molekulargewicht.

Das sogenannte Trenndüsenverfahren, wie es durch die Arbeiten von E. W. Becker, z. B. in Atomwirtschaft, Juli 1968, S. 359 bis 362, bekannt ist, beruht darauf, daß die gas- oder dampfförmigen Stoffe einer Trenndüse zugeführt werden, an der sie unter möglichst hohem Druck und mit extrem kleinem Krümmungsradius über die abgerundete Kante der einen Düsenwand geführt und zu der von der anchren Düsenwand gebildeten Abschälschneide abgelenkt werden. Die molekular schwereren Teilchei des gas- oder dampfförmigen Stoffes werden hierbe unter der Zentrifugalwirkung der Strömung au* de radialen Außenseite des gekrümmten Kanals übe die schneidenförmige Schälkante abgeleitet, wahrem die molekular leichteren Teilchen radial einwärts ii den Düsenschlitz zwischen den beiden Düsenwändei abgedrängt werden. Die Breite der gesamten Düs< sollte hierbei nur einen Bruchteil eines Millimeter! betragen, wobei die Schneidendicke der Kante in mikroskopischen Bereich von Tausendstel Mülimetei liegt. Durch kaskadenartige Hintereinanderschaltunj \leler solcher Düsen kann eine sehr weitgehende Trennung zwischen den Stoffen mit unterschiedlichem Molekulargewicht, also beispielsweise vor Isotopen des gleichen Stoffes, erzielt werden. Es lassen sich hierdurch sehr hohe Leistungen bei sehr ge drängter Gesamtbauart erreichen, ein Ergebnis, da« um so besser ist, je kleiner die Abrr^sungen, d.h. auch je stärker die Umlenkung der Gase odei Dämpfe, und je höher die Drücke sind, mit denen dieselben der Trenndüse zugeführt werden.

Das Leistungsergebnis einer solchen Düse ist ir außerordentlichem Maße von den Toleranzen abhängig, mit denen die Düsenenden, also insbesondere d'e Abschälkante, aber auch die gegenüberliegende abgerundete Leitkante für die Zuführung der Gase oder Dämpfe, wie auch die Querschnitte des Umlenkkanals und des Düsenschlitzes hergestellt werden. Da sich die Düsenschlitze andererseits zweckmäßig über eine große Länge, etwa von 1 bis 2 m und darüber, erstrecken, ergaben sich bisher wegen der Kleinheit der Abmessungen und der notwendigen Einhaltung der extrem engen Toleranzen im//-Bereich außerordentliche fabrikatorische Schwierigkeiten. Die Wände müssen über ihre ganze Länge genau geradlinig durchgehen und dürfen sich bei der Bearbeitung nicht durchbiegen.

Diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß es bisher wirtschaftlich kaum möglich war, Trenndüsen der oben beschriebenen Art, insbesondere für hohe Gasdrücke, herzustellen, so daß die Anwendung des Trenndüsenverfahrens trotz seiner großen Vorteile, die vor allem in der baulichen Gedrängtheit und der sich daraus ergebenden geringen Platz- und Raumbeanspruchung liegen, bisher in großtechnischem Maßstabe auf Schwierigkeiten gestoßen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beheben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einem Tragteil einzelne Stege in einer dem lichten Düsenschlitzquerschnitt entsprechenden Form in Reihe hintereinander angeordnet und die Zwischenräume zwischen den Stegen durch einen, ohne das Stegmaterial anzugreifen, auf nichtmechanische Weise entfernbaren Füllstoff ausgefüllt werden, daß dann die aus den Stegen und dem Füllstoff gebildete Leiste durch gemeinsame Bearbeitung auf den dem lichten Düsenquerschnitt entsprechenden Querschnitt gebracht, auf die bearbeitete Leiste Streifen aus dem Düsenmaterial zur Bildung der beiden Düsenwände aufgebracht und hierauf der Füllstoff auf nichtmechanische Weise, also z. B. durch thermische oder chemische Behandlung, wieder entfernt wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Stege aus einem als Tragteil dienenden Blech — nach entsprechendem Ausstanzen unter Wahrung des Zusam-

menhanges mit dem Blech entlang einer quer zur Reihe Hegenden Seite — aufgerichtet.

Die gebildeten Leisten müssen dem genauen lichten Düsenschlitzquerschnitt zwischen den beiden Düsenwänden entsprechen. Da durch das Füllmaterial in Verbindung mit den Stegen, wobei auch die durch Ausstanzen der Stege gebildeten öffnungen durch den Füllstoff geschlossen werden können, eine für eine Bearbeitung ausreichend steife Leiste gebildet wird, ist es möglich, bei der Bearbeitung der Stege bzw. der Düsenwände die erforderlichen extrem kleinen Toleranzen einzuhalten und hierbei ein Durchbiegen der die Düsenwände bildenden aufgesetzten Streifen zwischen den Stegen zu vermeiden.

Die die Düsenwände bildenden Streifen, vorzugsweise aus einem hochwertigen Blech, werden zweckmäßig festhaftend, z. B. durch Kleben, Schweißen od dgl. auf die zuvor hergestellte Leiste aufgebracht. Es ist auch möglich, die Düsenwi-ide auf galvanischem oder galvanoplastischem Wege aufzutragen. Hierbei tonn der Streifen zur Erzeugung der Schälschneide und/oder der abgerundeten Lettkante abgeblendet werden.

Die Düsenwände können aber gegebenenfalls auch ganz oder teilweise als fertiggewalzte Bleche aufgebracht werden, unter Umständen auch derart, daß nach dem Aufbringen nur noch die Endbearbeitung, insbesondere der Schälschneide und der abgerundeten Leitkante vor dem Entfernen des Füllstoffes, vorgenommen wird.

Als Füllstoff kommt insbesondere ein Gießharz, ein Gießmetall oder ein ähnlicher Stoff in Betracht, der »ich spuicnfrei lösen läßt, ohne daß unerwünschte Einwirkungen auf das Oüsenmateria! auftreten können.

Als nüsenmaterial kann z. B. Walzbronze, Nickel, Nickellegierungen, Stähle, z. B. Nickelchromstähle, Edelmetalle oder deren Legierungen verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellte Trenndüse. Im Gegensatz zu den bekannten Düsen kann dieselbe infolge der großen Herstellungsgenauigkeit auf jegliche, etwa hakenförmige Abstützung der die Schälschneide bildenden Düsenwand an der äußeren Führungswand verzichten, indem lediglich die beiden mit abgerundeter Leitkante und Schälschneide versehenen Düsenwände des mittleren Düsenschlitzkanals durch einzelne Steg? gegeneinander versteift sind.

Die Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Trenndüse in starker Vergrößerung,

Fig. la eine noch stärkere Teilvergrößerung daraus entsprechend dem Kreis la in Fig. 1,

F i g. 2 das Ergebnis einer ersten Verfahrensstufe, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, F i g. 4 das Ergebnis einer zweiten Verfahrensstufe, F i g. 5 das Ergebnis einer dritten Verfahrensstufe,

Fig. 6 das Ergebnis einer vierten Verfahrensstufe und

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung zu F i g. 6, jedoch mit gewissen konstruktiven Varianten.

Wie F i g. 1 zeigt, trägt ein als Tragteil 10 dienendes Grundblech die beiden inneren Düsenwände 11 und 12 und die äußere Führungswand 13, wobei die Düsenwände 11 und 12 zwischen dem Grundblech 10 und der Führungswand 13 unverschiebbar eingespannt bzw. mit den vorgenannten Teilen in geeigneter Weise fest verbunden sind. Die Düsen-

wände 11 und 12 sowie die Führungswand 13 erstrecken sich über eine im Vergleich zu der Kleinheit der Düsenabmessungen sehr große Länge, z. B. 1 bis 2 m oder darüber. Die Düsen wände bestehen aus einem hochwertigen Material, das so gewählt ist,

ίο daß es bei der erwähnten und nachfolgend noch näher beschriebenen thermischen oder chemischen Behandlung zur Entfernung des Füllstoffes nicht angegriffen wird. In der Regel eignen sich hierzu die bereits oben angegebenen Werkstoffe.

Die Düsenwand 11 weist an ihrem Ende einen verjüngten Teil 11a auf, der in eine abgerundete Kante 14 ausläuft. Die gegenüberliegende Düsenwand 12 ist in ihrem Enui.'il 12a zu einer Abschälschneide 15 geschliffen. Die Endteile 11a und 12ti der Düsenwände weisen an ihrer Unterkante einen bestimmten Abstand α auf, der z. B. t'wa im Bereich von 0,1 mm liegt.

Die Führungswand 13 ist im Bereich der Düsenwandenden Wa, 12a mit einem U-förmig gebogenen Teil 13 a um diese Endteile der Düsenwändc herumgekröpft, so daß zwischen d-~n Endkanten 14, 15 der Düsenwände und der Innenwandfiäche 16 a des ausgebogenen Führungswandteiles 13 a ein U-förmiger Umlenk-Schlitzkanal 16 für den Durchtritt des gas- oder dampfförmigen Stoffes, z. B. von etwa 0,02 bis 0,03 mm Schlitzbreite gebildet wird. Die ganze Breite b des durch die Endteile 11a, 12a der Düsenwände und durch den Umlenkkanal 16 gebildeten Düsenaggregates liegt demgemäß in der Größenordnung von nur etwa ¹Zs bis ¹Z₄ mm.

Der gas- oder dampfförmige Stoff tritt durch eine öffnung 17 in der Führungswand 13 in Pfeilrichtung je, in den einen Längsraum 18 ein und wird in den Umlenkkanal 16 zur Trenndüse geleitet, wo die molekular schwereren Gasteilcheii an der U-förmig gebogenen krümmungsäußeren Innenfläche des Umlenkteiles 13a der Führungswand 13 in Pfeilrichtung .V₂ in den zweiten Längsraum 19 und durch die öffnung 20 in der Führungswand 13 abgeleitet werden, während die molekular leichteren Stoffteilchen mit Bezug auf den Krümmungsmittelpunkt M des Umlenkkanals 16 einwärts gedrängt und durch die Schälschneide 15 in den schlitzförmigen Düsenkanal 21 in Pfeilrichtung x₃ abgeleitet werden.

Durch die kaskadenförmige Hintereinanderschaltung einer großen Zahl derartiger Trenndüsen kann eine weitgehende, praktisch vollständige Trennung der leichteren Teilchen von den schwereren Teilchen erzielt we'den.

In den F i g. 2 bis 7 ist das Herstellungsverfahren der Düsenwände 11 und 12 mit abgerundeter Leitkante 14 und Schälschneide 15 im einzelnen dargestellt und beschrieben.

Wie Fig. 2 und 3 zeigen, werden zunächst aus dem als Tragteil dienenden Grundblech 10 einzelne Stege 26 an drei Seiten 27 a, 27 b und 27 c ausgestanzt, so daß sie an der vierten Seite mit dem Grundblech in Verbindung bleiben und anschließend senkrecht aufgerichtet, wodurch eine von den genannten drei Seiten begrenzte öffnung 28 entsteht. Zwischen den aufgerichteten Stegen 26 wird nunmehr ein Füllmaterial 29 eingebracht, insbesondere eingegossen, derart, daß das Füllmaterial zusammen

mit den Stegen 26 eine über die Länge der späteren Trenndüse durchgehende Leiste 30 (F i g. 4) bildet, deren Querschnitt zunächst durch das Profil der aufgerichteten Stege 26 bestimmt wird. Vorzugsweise werden hierbei auch die öffnungen 28 mit dem Füllstoff angefüllt.

Als Füllstoff kommen in erster Linie Gießharze oder auch Gießmetalle in Betracht, d. h. solche Stoffe, die sich später wieder spurenfrei entfernen lassen, ohne daß durch die hierbei erforderliche thermische oder chemische Behandlung das Düsenmaterial, d. h. das Material der Düsenwände 11 und 12 sowie vorzugsweise auch der Stege 26 od. dgl., angegriffen werden. Zugleich soll der Füllstoff eine möglichst hohe Festigkeit aufweisen.

Die gebildete Leiste 30 wird nunmehr auf ihren beiden Seiten, z. B. durch Fräser oder Schleifscheiben, derart bearbeitet, daß die Leiste das genaue Profil entsprechend dem lichten Querschnitt des späteren Düsenschlitzkanals 21 erhält. In Fig. 4 ist die eine Profilfläche 31 als bereits bearbeitet dargestellt, während die andere, in ihrer Begrenzungslinie strichpunktiert dargestellte Profilfläche 32 noch der Bearbeitung bedarf.

F i g. 5 zeigt die auf diese Weise gebildete Leiste as 30, die aus den Stegen 26 und dem Füllstoff 29 besteht, nach einer weheren Verfahrcnsstufe, bei der die Düsenwände 11 und 12 auf die Profilflächen 31 und 32 der Leiste 30 dicht aufgelegt sind. Die Düsenwände werden hierbei als dünne Blechstreifen aufgelegt und durch geeignete Werkzeuge fest gegen die Leiste 30 gedrückt, so daß sie die vorgeschriebene genaue Profillage der herzustellenden Schlitzdüse einnehmen. Die Leiste 30 nimmt hierbei die Arbeitsdrücke auf.

Es kann nunmehr, sofern nicht bereits die Düsenwände 11 und 12 an ihren aufgebogenen Endteilen durch vorangehende Bearbeitung in den Endzustand gebracht worden sind, die Bearbeitung der Düsenwände 11 und 12 durch Fräsen oder Schleifen stattfinden, indem, wie F i g. 6 und 7 zeigen, die abgerundete Leitkante 14 am Endteil 11a der Düsenwand 11 bzw. die Schälschneide 15 am Endteil 12 a der Düsenwand 12 durch Entfernung der Materialteile 33 und 34 hergestellt werden. Der Arbeitsdruck wird hierbei wieder von der aus den Stegen 26 und dem Füllstoff 29 bestehenden Leiste 30 aufgenommen, so daß ein Verdrücken und Verbiegen der sehr dünnen Wandteile 11a und 12a vermieden wird und nach dem Einbau der Düsenwände in das Düsenaggregat auch geringste Toleranzen genau eingehalten werden können.

Nach Fertigstellung der Bearbeitung wird der Füllstoff entfernt, insbesondere — je nach Art des Füllstoffes und des Düsenmaterials — durch Erhitzen über die Schmelztemperatur des Füllstoffes oder durch chemisches Herauslösen aus dem Düsenmaterial, so ,laß lediglich das Düsenmaterial mit den Stegen 26 verbleibt, wobei zwischen den Düsenwänden 11 und 12 der Düsenschlitzkanal 21 gebildet wird. Das Enderzeugnis ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei ist allerdings angenommen, daß die in Fig. 4 dargestellte bzw. angedeutete Bearbeitung der Profilflächen 31, 32 der Leiste 30 ganz oder teilweise entfällt, da die Stege 29 a bereits grundsätzlich in ihrer endgültigen Form aus dem Grundblech 10 ausgestanzt werden, wodurch sich auch die entsprechende Form dei öffnungen 28 a im Grundblech 10 ergibt. Selbstverständlich kann auch in diese mFalle eine Nachbear beitung der Profilflächen stattfinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ausbildung der Düsenwände von Trenndüsen mit Umlenkkanälen zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen mit unterschiedlichem Molekulargewicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Tragteil (10) einzelne Stege (26) in einer dem lichten Düsenschlitzquerschnitt entsprechenden Form in Reihe hintereinander angeordnet und die Zwischenräume zwischen den Stegen durch einen, ohne das Stegmaterial anzugreifen, auf nichtmechanische Weise entfernbaren Füllstoff (29) ausgefüllt werden, daß dann die aus den Stegen und dem Füllstoff gebildete Leiste (30) durch gemeinsame Bearbeitung auf den dem lichten Düsenquerschnitt entsprechenden Querschnitt gebracht, au» die bearbeitete Leiste Streifen aus dem Düsenmaterial zur Bildung der beiden Diisenwände (11, 12) aufgebracht und hierauf der Füllstoff auf nichtmechanische Weise wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (26) aus einem als Tragteil (10) dienenden Blech aufgerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, f'aß auch die durch das Ausstanzen der Stege (26) gebildeten Öffnungen (28) durch den Füllstoff geschlossen werden.

4. Verfahren nach einem d*~r Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen auf die Stege (26) und den Füllstoff (29) festhaftend, insbesondere galvanoplastisch, aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei galvanoplastischem Aufbringen der Streifen zur Erzeugung der Schälschneide (15) und/oder der abgerundeten Leitkante (14) abgeblendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigbearbeitung der Düsenwände (11, 12) unter Bildung der Schälschneide (15) und der abgerundeten Leitkante (14) vor dem Entfernen des Füllstoffes \orgenommen wird.

7. Nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellte Trenndüse, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkschlitzkanal (16) einen Durchmesser (b) von einer Größenordnung von Vs bis ' 4 mm aufweist.