DE3328548A1 - Speichermaterial fuer waermeuebertragung - Google Patents
Speichermaterial fuer waermeuebertragungInfo
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Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Speichermaterial für die Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern
aus abstandshaltenden, leistenfSrmigen Pro filelern ent en
und mehreren, als Speicherelemente dienenden plattenförmigen Profilelementen aus wärmebeständigem Kunststoff,
die zu Speicherblöcken zusammengesetzt sind, nach Patent 32 07 213.
Beim Speichermaterial gemäß Hauptpatent sind die abstandhaltenden,
leistenförmigen und die wärmespeichernden,
plattenförmigen Profilelemente aus Polyphenylenoxid
oder einem Copolymerisat aus Polyphenylenoxid und Polystyrol oder aus Polyphenylenoxid-Polystyrol-Polyblends
hergestellt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zrigrunde,
die Dauerbelastbarkeit des Speichermaterials bei gleichzeitig erhöhtem Temperaturniveau weiter zu verbessern.
Außerdem soll die Herstellung des Speichermaterials aus den platten- und leistenförmigen Profilelementen erleichtert
werden.
Ausgehend von einem Speichermaterial der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
die Profilelemente aus Polyätherimid hergestellt sind. Hochmolekulare Imide sind in der Kunststofftechnik
hauptsächlich als temperaturbeständige Duroplaste bekannt. Durch Einarbeitung von Imiden mit hoher
Wärmebeständigkeit und Festigkeit über Ätherbindungen
in amorphe Polyäther, d.h. höher molekulare Verbindungen mit zahlreichen Ätherbindungen, stehen nunmehr Jolyäfcherimide
zur Verfügung, die thermoplastische Eigenschaften
haben, d.h. sich aufgrund ^uLor Fließfähigkeit und
Schmelze tabl Ii t..:it leicht zu Profilei eine nt en formen
sowie mit allen für Thermoplaste üblichen Verfahren verarbeiten lassen. Für die Verarbeitung zu leisten-
und plattenförmigen Profilelementen können also sowohl
Spritzguß- als auch Extrusionsverfahren angewandt werden. Durch die hohe Temperaturbeständigkeit sind
die Massetemperaturen zwischen 3^+0 und 425 C,
vorzugsweise etwa bei 400 C, zu wählen. Dabei ist lediglich zu beachten, daß für die Verarbeitung
beheizte Werkzeuge eingesetzt werden, deren Oberfläche eine Temperatur zwischen 70 und 170 C, vorzugsweise
etwa 95 C aufweist. Durch die Wahl optimaler Verarbeitungε
temperaturen werden durch das bessere Fließverhalten
des Werkstoffs optimale Eigenschaften der gefertigten Profilelemente, beispielsweise hohe Festigkeit der
Fließnähte sowie hohe Wärme- und Chemxkalienbeständigkeit
bei optimalen Zykluszeiten trotz des amorphen Werkstoffs erhalt en.
Die Verbindung der abstandshaltenden lexstenförmigen und
der wärmespeichernden plattenförmigen Profilelemente
kann dann - wie bei dem Speichermaterial gemäß Hauptpatent - durch Ultraschallschweißung erfolgen, wobei
in den zu verbindenden Bereichen entsprechende Übergänge,
beispielsweise in Form von im Querschnitt drei e ckfö im ig en
Stegen, vorgesehen werden," welche nach der Ultraschallschweißung
eine besonders hohe Festigkeit der Verbindung ergeben. Alternativ können die Profilelemente auch durch
Verklebung miteinander zu Speicherblöcken verbunden werden, und zwar kommt hierbei sowohl eine Verbindung
der Profilelemente mittels einer Adhäsionsklebung mit Hilfe von Klebstoffen auf der Basis von Polyurethan,
Silicon, nicht-aminisehen Epoxydharzen oder Polyamidschmelzkleber als auch mittels einer Diffusionsklebung
unter Verwendung eines Lösungsmittels für Polyätherimid,
vorzugsweise Methylenchlorid in Konzentrationen von 1 ~ 5 $ 3-n Frage. Xm letztgenannten Fall werden
die zu verbindenden Teile in den zur Verbindung vorgesehenen Anschlußbereich durch das Lösungsmittel angelöst und
unter Druckauflastung eine Verzahnung dieser Oberflächen
ineinander vorgenommen. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels wird so eine praktisch monolithische Verbindung
der Profilelemente erreicht, d.h. in der Klebenaht bleibt also kein Fremdmaterial mit von den Werkstoffeigenschaften
der Profilelemente unterschiedlichen
Werkstoffeigenschaften zurück. Für die Verbindung durch
Kleben sind die zu verbindenden Flächenbereiche genau aneinander anzupassen und sie müssen vor der Verklebung
gründlich von Fett, Öl und Staub gereinigt werden, wozu beispielsweise Isopropylalkohol geeignet ist.
Bei allen Klebeverfahren spielt desweiteren die Druckauflastung nach dem Fügen über eine bestimmte Zeitdauer
für die Haltbarkeit der vorgesehenen Verbindung eine wesentliche Rolle.
Unabhängig von solchen Klebeverbindungen der Profilelemente
oder aber auch zusätzlich zu solchen Klebeverbindungen, bietet es sich aufgrund der Materialeigenschaften
bezüglich ihrer Dehnung bei Streckspannung, ihrer Flexibilität und ihrer Elastizität an, die Profilelemente
in den für die Verbindung vorgesehenen
Anschlußbereichen als Schnappverbindung mit knopf-
oder leistenartig yes LaIteten, im Wechsel eingreifenden
und übergreifenden Verbindungsgliedern zu versehen.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können die Speicherblöcke aus gelochten platten-förmigen
Profilelementen und mit Nietköpfen versehenen leistenförmigen
Profilelementen zusammengesetzt werden, wobei
die Nietköpfe vorzugsweise durch Ultraschalleinwirkung angeformt oder angesenkt sind.
Insbesondere dann, wenn die plattenförmigen Profilelemente eine besonders geringe Wandstärke aufweisen
sollen, kann es zweckmäßig sein, das für die Herstellung verwendete Polyätherimid durch eingelagerte Fasern
oder Fasergewebe, vorzugsweise Glasfasern oder Glasfasergewebe zu armieren. Dabei kommen Faseranteile bis zu
ΙΟ^έ in Frage, ohne daß hierbei die für die Ausbildung
von Schnappverbindungen wesentlichen elastischen Eigenschaften des Materials verlorengehen.
Für die Verbindung zu Speicherblöcken nach einem der oben erwähnten Klebeverfahren kann es schließlich von
Vorteil sein, wenn die leistenförmigen Profilelemente
einstückig an den plattenförmigen Profilelementen angeformt sind. Dabei kann die Herstellung solcher
integraler Verbündelemente durch Spritzgießen oder aber auch durch Extrudieren erfolgen, wobei die Verbündelemente
für Klebe- oder Schnappverbindungen geeignet ausgebildet werden können. Beispielsweise ist eine
Verbindung durch an den leistenförmigen Bereichen vorge-
seliene Stege mit verbreitetem Rand möglich, die in
Schlitze in den plattenförmigen Bereichen der ■Verbundelemente
eingerastet werden.
Da Polyätherimid innerhalb von 2k Stunden bis zti
0,25 % Wasser aufnimmt, sollte der Werkstoff vor der
Verarbeitung auf weniger als 0,05 *fa Wassergehalt
getrocknet werden, z.B. durch eine Temperung in einem Trocknungsofen für eine bestimmte Zeitdauer.
Die aus den erfindungsgernäßen leisten- und. plattenförmigen
Profilelementen oder auch aus integralen Verbundelementen
hergestellten Speicherblöcke besitzen eine hohe Festigkeit gegenüber aggressiven chemischen Einflüssen, z.H.
einer großen Zahl aliphatischer Kohlenwasserstoff-Verbindungen,
mineralischen Säuren sowie Salzlösungen und wässrigen Laugen mit einem pH-Wert 9· Außerdem
zeigen die Speicherblöcke eine hohe Formbeständigkeit und eine ausreichende Zeitstandfestigkeit auch über
längere Belastungszeiten hinweg bei höheren Arbeitstemperaturen bis zu 170 C.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
näher erläutert, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Stapels von durch Ultraschallschweißung
verbindbaren leisten- und plattenförmigen Profilelementen bei der Herstellung eines Speicherblocks}
Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Stapel
von für eine Schnappverbindung geeignet ausgebildeten leisten- und plattenförmigen
Profilelementen mit in Längsrichtung der
leis tenf örmi fven Profile gelegter Sennittfuhrung
in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 3 j
Vif.» 3 eine Schji:i I. hnnsicht, entlang der PHc; i Io '}—'J
in Fi;v. 2;
Fig. 4 einai durcii ScJinappverbindungon hergestellten
Profilelementen-Stapel mit gegenüber den
in den Fig. 2 \xnd 3 verwendeten Profilelementen
abgewandelten Profiielementen in einer in der Schnittführung der Fig. 2 entsprechenden
S chni 11 ansi ent;
Fig. 5 eine -in der Schnittführung der Fig. 2
bzw. 4 entsprechende Schnittansicht durch
einen Stapel von für eine Klebeverbindung geeignet ausgebildeten leistenförniigen und
plattenförmigen ProfileJem enten;
Fig. 6 eine Schnittansicht, gesehen in Richtung der
Pfeile 6-6 in Fig. 5j
Fig. 7 eine in der Schnittführung der Fig. 6 entsprechende
Schnittansicht durch einen
JbTofilelementen-Stapel, bei welchem die
leistenförmigen Profilelemente mit den plattenförmigen
Profilelementen durch Vernietung mit durch Ultraschallumformung hergestellten
Nietköpfen verbunden sind} und
Fig. 8 eine in der Schnittführung der Fig. 6 oder 7
entsprechende Schnittansicht durch einen
Stapel von Verbundelementen mit einstückig an den plattenförmigen Profilelementen angeformten
leistenförmigen Profilelernenten.
In Figur 1 sind bereits sieben plattenförmige Profilelemente
10 im Wechsel mit abstand-haitenden leistenförmigen
Profilen 12 in drei Reihen übereinander durch Ultraschallschweißung miteinander verbunden. Auf das
oberste Profilelement 10 des Plattenstapels ist bereits
- 10 -
die nächstfolgende Lage der abstandshaltenden leistenf
örmigen Profile 12 aufgesetzt worden. Für die Verschweißung
mit dem nächstfolgenden (nicht gezeigten)
Profilelement sind die abstandhaltenden Profilelemente
12 beidseitig, d.h. auch auf der in der Zeichming nicht sichtbaren Unterseite mit den auf ihrer Oberseite
dargestellten, sich in axialer Richtung erstreckenden, im Querschnitt dreieckförmigen Stegen 14 für linienförmige
Schweißverbindungen einerseits und kreisringförmigen Stegen 16 für punktförmige Schweißverbindungen
andererseits versehen. Vor der Ultraschallschweißung wird zunächst auf die oberste Lage der abstandhaltenden
leistenförmigen Profilelemente 12 das nächstfolgende
plattenförmige Profilelement 10 aufgelegt. Die Ultraschallschweißung
erfolgt somit schrittweise zugleich durch eine die Unterseite der leistenförmigen Profilelemente
12 mit dem darunter befindlichen plattenförmigen Profilelement 10 verbindende Fernschweißung
und durch eine Naheschweißung zur Verbindung ihrer Oberseite mit dem noch auf sie aufzulegenden plattenförmigen
Profilelement.
Die abstandhaltenden leistenförmigen Profilelemente
sind im Bereich der vorgesehenen punktförmigen Schweißverbindungen
in der Draufsicht mit abgerundeten kreisringförmigen Verbreiterungen versehen, so daß
in diesen Bereichen besonders belastungsfähige,
knopfartige Verbindungsbereiche gestaltet werden. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausschnitt des
Plattenstapels liegen die in der Zeichnung rechts dar-
-11-
gestellten geradlinigen Stirnkanten der plattenförmigen
Profilelemente in der späteren Eintrittsfläche der
staubbeladenen Gase, deren Strömungsrichtung durch
den Pfeil G symbolisiert sein möge. In gleicher Richtung wirken auch die Reinigungsstrahlen eines Rußbläsers,
deren Wirkungsrichtung durch den Pfeil B veranschaulicht
sein möge.
Die abstandhaltenden leistenförmigen Profile 12 sind
mit bezüglich der vorerwähnten Eintrittsfläche zurückversetzten Verbreiterungen mit den in der Draufsicht
kreisringförmigen Stegen 16 für die punktförmigen Ultras chal1-S chweißverbindungen ver s ehen.
Unmittelbar an die Eintrittsfläche angrenzend sind
gegenüber den anderen in Längsrichtung der leistenförmigen
Profile verlaufenden dreieckförmigen Stege \k
zur Herstellung der linienförmigen Schweißverbindtingen
kürzere, im Querschnitt ebenfalls dreieckförmige Stege 18 vorgesehen, die allein als Montagehilfe
dienen. Sie fixieren den Profilelement enstapel bzw.
den Speicherblock im Bereich der betreffenden Stirnseite und vermeiden dort eine Verformung aufgrund
der schrittweise durchgeführten Ultraschallschweißung während der Herstellung des Speichertibcks
aus den plattenförmigen und den leistenförmigen
Profilelementen. Im späteren Betrieb können die mit den Stegen 18 hergestellten Schweißverbindungen dann
aufbrechen, so daß die plattenförmigen Profilelemente
im Bereich der Eintrittsfläche einen schwingungsfähigen Eintrittsabschnitt bilden.
- 12 -
Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Stapel sind
die plattenförmigen Profilelemente 10 durch Verrastung
mit den leistenförtnigen Profilelementen 12 verbunden,
wofür Von den gegenüberliegenden Flachseiten der leistenförmigen Profilelemente 12 in regelmäßigen Abständen
Zapfen 20 mit verdicktem Kopf vorspringen, die in zugeordnete Bohrungen 22 in den Profilelementen 10 eingerastet
sind. Die Zapfen 20 stehen sich dabei auf der Ober- und der Unterseite der leistenformigen Profilelemente
12 gegenüber, wie in Fig. 2 erkennbar ist. Dagegen sind die leis.tenförmigen Profilelemente 12
zwischen aufeinanderfolgenden plattenförmigen Profilelement
en 10 jeweils um das Maß des Abstands benachbarter Bohrungen 22 in den Profilelementen 10 zueinander
versetzt.
Bei dem in Fig. h gezeigten Profilelementen-Stapel
weisen die leistenförmigen Profilelemente 12 ebenfalls wieder Zapfen 20 mit verdicktem Kopf auf, die in
zugeordneter Bohrung 22 in den plattenförmigen Profilelementen 10 eingerastet werden, wobei die Zapfen 20
auf gegenüberliegenden Seiten der leistenförmigen Profilelemente aber einen Abstand haben, der gleich
dem doppelten Abstand benachbarter Bohrungen 22 in den plattenförmigen Profilelementen ist, und die Zapfen
auf der Ober- und Unterseite der Profilelemente 12 jeweils um das Maß des Lochabstands benachbarter
Bohrungen 22 in den Profilelementen 10 zueinander versetzt sind. Dadurch ist es möglich, die leistenförmigen
Profilelemente 12 ohne seitliche Versetzung zwischen aufeinanderfolgenden Profilelementen 10
ähnlich wie beim Plattenstapel gemäß Fig. 1 in
Reihen übereinander anzuordnen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen einen dem Profilelementen-Stapel
gemäß den Figuren 2 und 3 ähnlich aufgebauten Profilelementen—Stapel, bei dem die Profilelemente 10
und 12 jedoch nicht miteinander verrastet, sondern durch Klebung verbunden sind. Anstel Ie von Zapfen 20
mit kreisförmigem Querschnitt sind an den leistenförmigen
Profilelementen längliche Stegvorsprünge 2k angeformt, welche in zugeordnete Schlitze 26 passend
eingreifen. Zu Verbindungen der Profilelemente 10 und
12 werden die StegVorsprunge bei der Montage mit
einem Kleber in die Schlitze 26 eingesetzt oder die in den Schlitzen aneinander zur Anlage kommenden
Flächen werden vor der Montage des jeweiligen plattenförmigen Profilelements 10 mit einem Lösungsmittel
angelöst. Nach Verflüchtigung des Lösungsmittels
sind die Stegvorsprünge 24 dann praktisch monolithisch
mit den zugewandten Wänden der Schlitze 26 verbunden.
In Fig. 7 ist eine Verbindungsmethode der leistenförmigen
Profilelemente 12 mit den plattenförmigen Profilelementen 10 veranschaulicht, bei denen wiederum von den gegenüberliegenden
Flachseiten der leistenförmigen Profilelemente 12 vorspringende, im Querschnitt kreisförmige
Zapfen 28 in zugeordnete Bohrungen 30 in den plattenförmigen
Profilelementen 10 eingesetzt werden. Die Festlegung der Zapfen 28 in den Bohrungen 30 erfolgt
jedoch durch Ausbildung von Nietköpfen 32 an den freien
Zapfenenden durch eine Umformung dieser Zapfenenden mit Ultraschall.
- I'l -
Figur 8 zeigt schließlich noch einen Stapel aus
Verbundelementen J2, bei denen die leistenförmigen
Profilelemente praktisch einstückig an den plattenförmigen Profilelementen 10 angeformt sind.
Im dargestellten Fall sind auf gegenüberliegenden
Seiten der plattenförmigen Profilelemente 10 jeweils abwechselnd und auf den gegenüberliegenden Seiten
jeweils um den Abstand benachbarter leistenförmiger Profilelemente zueinander versetzt unterschiedliche
leistenförmige Profilelemente 3^i 3^ vorgesehen,
von denen das eine Profilelement 3^ eine relativ
schmale, am freien Ende mit einem im Querschnitt kreisförmig verdickten Kopfbereich versehene Leiste
ist, während das zweite Profilelement 36 als breitere
Leiste mit einer zum Profilelement 3^ komplementären
Längsnut ausgebildet ist. Die Profilelemente 3*1 des
einen Verbundelemente 32 können also in die Profilelemente
36 des im Stapel nächstfolgenden Verbundelements
32 eingerastet werden.
Claims (1)
- CATENTAN WALTH HELBER S ZEf *" G^cSSF ^" VV H 'H Ay 61<14ZWINGENB6RG TFI. O&ET-1 741Q6κ 8319Kraftanlagen Aktiengesellschaft, Im Breitspie- 7» 69OO Heidelberg 1Speichermaterial für Wärmeübertragung,..^Patentansprüche1. Speichermaterial für die Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern aus abstandhaltenden, leistenförraigen Profilelementen und mehreren, als Speicherelemente dienende plattenförmigen Profilelementen (12) aus wärmebeständigem Kunststoff, die zu Speicherblöcken zusammengesetzt sind nach Patent 32 t>7 213, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilelemente (1O; 12; 32) aus Polyätherirnid hergestellb sind.2. Speichermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandshaltenden leistenförmigen und die wärme spei chernden plattenförmigen Profilelemente (12| 10) durch Ultraschallschweißung untereinander verbunden sind.2 _3· Speichermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilelemente (lOj 12} 32) durch Klebung miteinander zu Speicherblöcken verbunden sind.4. Speichermaterial nach Anspruch 3» gekenn ze ic line t durch eine Verbindung der Profilelemente (1O; 12; 32) mittels einer Adhäsionsklebung mit Hilfe von Klebstoffen auf der Basis von Polyurethan, Silicon, nichtaminisehen Epoxidharzen oder Polyamidschmelzkleber.5. Speichermaterial nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch eine Verbindung der Profilelemente (1O; 12} 32) mittels einer Diffusionsklebung unter Verwendung eines Lösungsmittels für Polyätherimid, vorzugsweise Methylenchlorid, in Konzentration vonibis 5 #.6. Speichermaterial nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen und die leistenförmigen Profilelemente (1OJ 12} 32) in den Anschlußbereichen Schnappverbindung en bildende knopf- oder leistenartig gestaltete Verbindungsglieder (201 2.h\ 26) für im Wechsel eingreifende und übergreifende Verbindungen zum Speicherblock aufweisen.7« Speichermaterial nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Profilelemente (10) mit einstückig an ihnen angeformten leisten-t'üx'md aUT1 Profi leleraontan (3^1 36) a1.n integrale Verbundelem ente (33) ausgebildet sind.COPY J8. Speichermaterial nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, da£3 die Speicherblöcke aus gelochte») plattenförmigen Profilelementen (1O) und mit .Nietköi>fen (3O versehenen leistenförmigen Profilelementen (12) zusammengesetzt sind.9· Speichermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leistenförmigen Profileleniente (12) mit den plattenförmigen Profilelementen (io) durch Ansenken der Nietköpfe (3I) mittels Ultraschall zum Speicherblock verbunden sind.10. Speichermaterial nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherblöcke aus geschlitzten, plattenförmigen und aus leistenfömiigen Profilelementen (1O} 12) zusammengesetzt sind, wobei die leistenförmigen Profilelemente (12) profilierte Stege (24) aufweisen, die in die Schlitze (26) der plattenförmigen Profilelemente (io) eingerastet sind.11. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyätherimid durch eingelagerte Fasern oder Fasergewebe, vorzugsweise Glasfasern oder Glasfasergewebe armiert ist.
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