DE2443926C2 - Mehrlagiger für Strömungsmittel durchlässiger Körper und Verfahren zur Herstellung desselben und seiner Lagen - Google Patents

Mehrlagiger für Strömungsmittel durchlässiger Körper und Verfahren zur Herstellung desselben und seiner Lagen

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DE2443926C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen mehrlagigen für Strö- 5^ mungsmittel durchlässigen Körper mit aufeinandergeschichteten und miteinander verbundenen Materiallagen, die jeweils eine Vielzahl von in einem Muster angeordneten Schlitzen aufweisen, wobei sich die Schlitze benachbarter Lagen in Querlage zueinander f>o befinden und sich überschneiden, so daß sich durch den Körper erstreckende Strömungsmittelkanäle gebildet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Körpers.
Derartige Körper werden insbesondere für Filter- b5 zwecke bzw. Kühlungszwecke bei Turbinen verwendet. Um die Gesamtdurchlässigkeit des Körpers genau festlegen zu können, müssen die Schlitze der einzelnen Lagen und damit die gebildeten Strömungsmittelkanäle genau dimensioniert sein. Um Änderungen der Gesamtdurchlässigkeit zu erzielen, müssen die Strömungsmittelkanäle in Größe und Form variierbar sein.
Ein Körper der vorstehend beschriebenen Art ist aus der US-PS 31 23 446 bekannt Der bekannte Körper wird hergestellt, indem Draht in mehreren Lagen um einen Dorn gewickelt wird, wobei die Lagen so angeordnet werden, daß sich der Draht von übereinanderliegenden Lagen überschneidet Es erfolgt eine vorläufige Haftbindung der Drahtlagen aneinander, wonach der Körper vom Dorn entfernt und die endgültige Haftbindung durchgeführt wird. Schließlich wird der Körper aufgeschnitten und flach gewalzt
Dieser bekannte Körper bzw. das entsprechende Herstellungsverfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf: hohe Kosten für den in der Regel sehr feinen Draht, nicht konstanter Drahtdurchmesser (beeinflußt die Porosität), vergeudeter Geweberand, da von den Enden eines jeden Drahtzylinders oft 10 bis 20% abgeschnitten werden muß, periodisch wiederkehrende Übergangspunkte, an denen die Porosität ungleichmäßig ist, spezielle Wickelmaschinen, langwierige Berechnungen für jedes Wickelmuster, Kompromisse beim Wickelmuster aufgrund begrenzter Leistungsfähigkeit der Maschinen, Beschränkungen in der Größe der mit den gegenwärtigen Maschinen herstellbaren Körper und geringfügige Änderungen des Wickelmusters in jeder darauffolgenden Schicht, da der Wickelradius zunimmt. Beim Einbau derartiger Körper in komplette Aufbauten, wie Turbinenteile müssen diese Körper ferner oft verschweißt werden und dies ist schwierig, die Wicklungen werden dabei häufig beschädigt und die Oberfläche senkt sich. Insbesondere bei Turbinen besteht ferner die Notwendigkeit nach einem Material unterschiedlicher Durchlässigkeit, d. h. nach einem Material, dessen Durchlässigkeit in unterschiedlichen Bereichen desselben Körpers unterschiedlich ist. Diese Variationen in bezug auf die Durchlässigkeit lassen sich bei dem bekannten Körper nur schwer verwirklichen.
Der bekannte Körper ist somit teuer in der Herstellung und bietet bezüglich seines Aufbaus (der Strömungsmittelkanäle) kaum Variationsmöglichkeiten, da aus Herstellungsgründen immer mit einem konstanten Drahtabstand gearbeitet werden muß.
Aus der US-PS 37 19 365 ist ferner ein mehrlagiger für Strömungsmittel durchlässiger Körper bekannt, der aus mehreren Bögen mit eingearbeiteten speziellen Schlitzmustern besteht. Bei den einzelnen Bögen handelt es sich hierbei um Bleche, in die die Schlitze eingeätzt sind. Hierbei sind jedoch die Schlitze benachbarter Bleche nicht in Querlage zueinander angeordnet. Vielmehr verlaufen die Schlitze parallel zueinander.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Körper der angegebenen Art zu schaffen, der einfacher herstellbar ist und einfachere Variationsmöglichkeiten bezüglich der Ausbildung der Strömungsmittelkanäle bietet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Körper der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß alle Lagen aus Bögen mit eingearbeiteten übereinstimmenden Schlitzmustern bestehen und daß die Querlage der Schlitze benachbarter Lagen durch entsprechende Anordnung benachbarter Bögen erreicht ist.
Erfindungsgemäß wird daher eine wesentliche Vereinfachung dadurch erreicht, daß zur Herstellung des Körpers Bögen mit übereinstimmenden Schlitzmustern
verwendet werden. Trotzdem lassen sich unterschiedliche Durchlässigkeiten erzielen, indem man benachbarte Bögen in unterschiedlicher Querlage zueinander anordnet. Es ist somit nicht erforderlich. Bögen mit unterschiedlichen Schlitzmustern herzustellen.
Spezielle Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zum Herstellen der Bögen für den Körper ist vorgesehen, daß das Einarbeiten der Schlitzmuster durch Photoätzen oder Stanzen erfolgt Das Photoätzen von öffnungen and das Stanzen zur Herstellung von derartigen Öffnungen sind an sich bekannte Verfahrensmaßnahmen.
Ein Verfahren zum Herstellen des Körpers, bei dem die Bögen aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Körper nach dem Verbinden kalandert wird. Hierdurch kann die Durchlässigkeit des Körpers bzw. seine Dicke exakt festgelegt werden.
Die Verbindung der einzelnen Bögen erfolgt Vorzugsweise über Diffusionsschweißung.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines mehrlagigen Körpers, bei dem die obersten zwei Bögen zur besseren Darstellung der Schlitzmuster nach hinten umgebogen sind;
F i g. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in F i g. 1; die
F i g. 3 und 4 Draufsichten auf Bögen mit unterschiedlich ausgebildeten Schlitzmustern; und
F i g. 5 ein Flußdiagramm, aus dem die Verfahrensschritte zur Herstellung des Körpers hervorgehen.
In Fig. 1 ist ein mehrlagiger für Strömungsmittel durchlässiger Körper 10 dargestellt, der aus mehreren Bögen 12 besteht, wobei in jedem Bogen eine Reihe gleichmäßig breiter paralleler Schlitze 14 und Streifen 16 ausgebildet ist. Wie gezeigt ist, ist jeder Bogen derart angeordnet, daß die Schlitze 14 die Schlitze eines jeden benachbarten Bogens überlappen und sich quer zu dessen Schlitzen erstrecken. Für die meisten Anwendüngen kann dabei der Schnittwinkel zwischen 15° und 90° variieren, wobei die Fläche der Schnittstelle mit abnehmendem Schnittwinkel zunimmt, um dadurch die Schlitzöffnung bei einem vorgegebenen Streifen-Schlitz-Verhältnis zu vergrößern.
Der Bogen 12 ist durch eine feste Randfläche 18 begrenzt, die sich um das Schlitzmuster erstreckt, so daß die Streifen 16 zusammengehalten werden und außerdem ein leicht verschweißbarer Abschnitt geschaffen wird, da diese Flächen in dem Körper 10 derart fluchten, daß dieser einen festen Umfangsabschnitt besitzt.
Die Bögen 12 sind zur Schaffung des selbsttragenden Körpers 10 miteinander verbunden.
Die Durchlässigkeit des Körpers 10 gegenüber einem Strömungsmittel wird durch die relative GröCe der offenen, durch sie sich überschneidenden Schlitzmuster gebildeten Flächen bestimmt, sowie durch die Dicke und die Anzahl der Bögen, die den fertigen Körper ergeben.
Bei einer typischen Ausführungsform werden zehn Bögen aus 0,05 mm dickem rostfreiem Stahl mit 0,25 mm breiten Streifen und 0,09 mm breiten Schlitzen verwendetem eine 26%ige Durchlässigkeit zu erzielen.
Die Durchlässigkeit kann auch dadurch variiert werden, daß zumindest teilweise für eine seitliche Versetzung bzw. Verschiebung jedes zweiten Bogens 12 gesorgt wird, so daß ein Durchfluß in seitlicher Richtung stattfinden kann. Eine hundertprozentige Versetzung ist in Fig. 2 gezeigt, d.h. hierbei fluchten die Streifen 16 eines jeden zweiten Bogens 12 nicht miteinander, sondern im wesentlichen mit den Schlitzen 14 des übernächsten Bogens 12.
Infolge dieser Versetzung kann ein Strömungsmitteldurchfluß in seitlicher Richtung durch die sich quer erstreckenden Schlitze 14 erfolgen. Da die Querschnittsfläche dieser Strömungsbahn in etwa gleich der Querschnittsfläche der Schlitze 14 ist, kann die Durchlässigkeit auch durch dieser Maßnahme beeinflußt werden.
In Verbindung mit dieser Lösung sind Materialien mit geringer Porösität und mit guter Wärmeübertragung vom Strömungsmittel bei einem Körper möglich, bei dem die Schicht- bzw. Bogendicke viel kleiner als die Schlitzbreite ist, wobei die Durchlässigkeit in erster Linie durch die Bogendicke und nicht durch die Schlitzbreiten bestimmt wird. Dies steht im Gegensatz zu Drahtgeflechten, bei denen durch den Herstellungsprozeß das Verhältnis von Breite zu Dicke des verwendbaren fadenartigen Materials begrenzt ist.
Bögen mit anderen Schlitzmustern sf nd in den F i g. 3 und 4 gezeigt. Hierbei weist der in F i g. 3 gezeigte Bogen sich von einer Seite zur anderen verengende Schlitze 14 auf, wobei die Bögen 12 derart gestapelt sind, daß sich die größeren Enden der sich verengenden Schlitze 14 jeweils überlappen, so daß sich das Schlitz-Streifen-Verhältnis des Körpers 10 ändert, wodurch der Körper eine andere Durchlässigkeit erhält.
Viele andere Techniken, wie z. B. abgestufte Schlitze usw., können je nach den besonderen Erfordernissen zur Anwendung kommen, um einen derartigen Körper mit unterschiedlicher Durchlässigkeit zu erhalten.
Für relativ große dünne Bleche kann die Handhabung der einzelnen Bögen 12 ohne Beschädigung schwierig sein, so daß aus diesem Grund zur Aufrechterhaltung der Schlitzbreiten Querstege 20 als Verstärkung vorgesehen werden können, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Vorzugsweise sind diese Stege 20 versetzt zueinander angeordnet, so daß ihr Einfluß auf die Durchlässigkeit des Materials minimalisiert wird, wobei sie jedoch auch für spezielle Zwecke, z. B. zur Ausbildung lokalisierter Strömungsbarrieren und/oder von Schweißstreifen, unversetzt angeordnet werden können.
Viele andere Änderungen sind ohne weiteres möglich. Zum Beispiel ist es manchmal notwendig, aus verschiedenen Gründen Löcher durch das poröse Material zu bohren. Durch die Ausbildung der einzelnen Bögen 12 mit fluchtenden festen Ringflächen 22 (F i g. 4) kann ein derartiges durchgehendes Loch 24 geschaffen werden, ohne daß es eines besonderen Bohrvorganges bedarf. Auch schwierig auszubildende Kanäle, z. B. mit rechteckförmigem Querschnitt, können so leicht vorgesehen werden.
Die Bögen 12 können sich weiterhin voneinander in der Dicke oder im Material je nach der gewünschten Festigkeit unterscheiden.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des für Strömungsmittel durchlässigen Körpers umfaßt die Photoätzung der gewünschten Schlitzmuster in den einzelnen Bögen. In diesem Vorgang ist die Beschichtung einer oder beider Seiten des Bogens mit einem widerstandsfähigen Material auf denjenigen Flächen enthalten, die fest bleiben sollen. Diese Beschichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch siebdruck, Aufstrich oder mit Hilfe photographischer Mittel. Danach folgt ein chemischer Älzvorgang, der das unbeschichtete Material auflöst, wodurch der einzelne Bogen entsteht. Da dieser Vorgang bekannt ist.
wird es nicht für notwendig erachtet, hier eine komplette detaillierte Beschreibung zu geben. Demgegenüber können auch in einigen Fällen andere Verfahren zur Anwendung kommen, z. B. Stanzen mit hoher Präzision.
Die einzelnen Bögen werden dann mit den sich abwechselnd quer zueinander erstreckenden Schlitzmustern übereinandergelegt, bevor der Stapel zu einem einzigen Gefüge verbunden wird. Gewöhnlich ist die benötigte Genauigkeit gering, wobei jedoch für eine präzise Ausrichtung Fluchtungslöcher in den Rändern oder in speziellen abbrechbaren Randabschnitten vorgesehen werden können.
Die bevorzugte Technik zum Verbinden der Bögen ist das Diffusionsschweißen, obwohl auch andere Prozesse, wie Löten, Hartlöten, Schweißen oder Kleben zur Anwendung kommen können. Beim Diffusionsschweißen ist eine gründliche Reinigung der Bögen 12 erforderlich. Dabei kann für die Verbindung beispielsweise eine Beschichtung mit Kupfer zu Hilfe genommen werden, wobei diese Beschichtung vor der zuvor genannte Aufschichtung der einzelnen Bögen 12 zu erfolgen hat.
Die Verbindung selbst im Bogenstapel findet unter Wärme- und Druckeinwirkung (bei rostfreiem Stahl z. B. 62O0C) in einer inerten oder reduzierenden Gasatmosphäre, z. B. trockenes Wasserstoffgas, statt, um eine Oxydation der Oberfläche zu verhindern.
Dieser Vorgang ist ebenfalls an sich bekannt und muß daher nicht näher beschrieben werden.
Der Körper 10 kann dann zur endgültigen Festlegung seiner Durchlässigkeit und/oder Dicke kalandert werden. Schließlich kann die sich so ergebende Anordnung auf die gewünschte Größe exakt beschnitten werden.
Als eine weitere Ausführungsmöglichkeit kann z. B. die Drehlage der Schlitze in den aufeinanderfolgenden Bögen fortlaufend geändert werden, so daß die Steifigkeit gegenüber entlang irgendeiner Achse ausgeübten Biegekräften gleichbleibt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:
1. Mehrlagiger für Strömungsmittel durchlässiger Körper mit aufeinander geschichteten und miteinander verbundenen Materiallagen, die jeweils eine Vielzahl von in einem Muster angeordneten Schlitzen aufweisen, wobei sich die Schlitze benachbarter Lagen in Querlage zueinander befinden und sich überschneiden, so daß sich durch den Körper erstreckende Strömungsmittelkanäle gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lagen aus Bögen (12) mit eingearbeiteten übereinstimmenden Schlitzmustern bestehen und daß die Querlage der Schlitze (14) benachbarter Lagen durch entsprechende Anordnung benachbarter Bögen (12) erreicht ist
2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzmuster aus mehreren parallelen Schlitzen (14) gleicher Breite besteht.
3. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzmuster aus sich innerhalb der Bogenebene verjüngenden Schlitzen (14) besteht und daß die einzelnen Bögen (12) so aufeinandergeschichtet sind, daß die breiteren Schlitzenden einander zugeordnet sind.
4. Körper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (14) durch im Abstand angeordnete Stege (20) entlang ihrer Länge unterbrochen sind.
5. Körper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bögen (12) jeweils durchgehende Randflächen (18) aufweisen, die sich um die Schlitzmuster herum erstrecken.
6. Körper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Bogen (12) des Körpers so angeordnet ist, daß seine Schlitze (14) zu den Schlitzen des nächsten zweiten Bogens parallel versetzt sind.
7. Verfahren zum Herstellen der Bögen für den Körper nach einem der vorangehenden Ansprüche, ίο dadurch gekennzeichnet, daß das Einarbeiten der Schlitzmuster durch Fotoätzen oder Stanzen erfolgt.
8. Verfahren zum Herstellen des Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Bögen aufeinandergelegt und miteinander verbunden wer- « den, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper nach dem Verbinden kalandert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung über Diffusionsschweißung erfolgt.
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