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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Fluidkontaktstrukturen zur Verwendung in Füllkörpersäulen, und spezieller betrifft
diese Erfindung durch Falten von Streifenmaterial in komplexe dreidimensionale Formen
gebildete Elemente.
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Hintergrund der Erfindung
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Füllkörpersäulen werden
für Stofftransportvorgänge, wie
z. B. Absorption, Desorption, Extraktion, Gaswaschen und dergleichen,
verwendet. Der Füllmaterialtyp
wird im Hinblick auf seine mechanische Festigkeit, Beständigkeit
gegen Korrosion, Kosten, Fassungsvermögen und Wirkungsgrad gewählt. Die
Funktion des Füllmaterials
besteht darin, Stofftransport zwischen zwei Fluidströmen zu erleichtern, die
sich gewöhnlich
im Gegenstrom zueinander bewegen. Stofftransportwirkungsgrad und
-rate werden verbessert, indem man einen großen Flächeninhalt im Füllmaterial
zur Verfügung
stellt, um einen Kontakt der Fluide zu erleichtern, und indem man
die Flüssigkeit
in sehr feine Tröpfchen
zerplatzen lässt,
um Stofftransport zu einer Gasphase zu verbessern.
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Füllmaterial
kann in Form von Böden
oder Füllkörpern vorliegen,
die ungeordnet in eine Kolonne oder Säule gefüllt sind. Ursprünglich waren
Füllmaterialelemente
Keramik- oder Kohlenstoffringe, Sattelfüllkörper, Trennringe oder Tropfpunktformkörper. Modernere
Füllkörper weisen
eine gleichförmige
Verteilung von offenzelligen Einheiten auf und liefern einen höheren Wirkungsgrad
und Leistungsfähigkeit. Sie
weisen einen sehr hohen benetzbaren Flächeninhalt und einen kleinen
Widerstand gegen einen Fluidstrom auf. Sie sind in einer beliebigen
Orientierung wirkungsvoll. Die Füllkörper hohen
Wirkungsgrads können
in einer Kolonnen- oder Säulenschüttung geladen
sein und eine gleichförmige
Verteilung der Füllkörper ergeben,
ohne dass sie blockierte Bereiche oder Hohlraumbereiche aufweisen.
Diese Füllkörper ermöglichen,
dass Ströme
mit schnelleren Volumenraten verarbeitet werden. Der Wirkungsgrad
wird erhöht,
und die Verarbeitungskosten werden verringert. Die Füllkörper hohen
Wirkungsgrads weisen komplizierte Abmessungsformen auf, die gewöhnlich zahlreiche
Streben und Vorsprünge
von unterschiedlichen Größen aufweisen
und die unter unterschiedlichen Winkeln und an unterschiedlichen
Positionen überall
im Füllkörper angeordnet
sind.
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Jedoch erfordert die für die Füllkörper hohen Wirkungsgrads
erforderliche komplizierte Struktur der gleichförmigen geometrischen Formen,
dass sie durch Gießen,
Spritzgießen,
Stanzen oder Extrusion gebildet werden, alles kost spielige Prozesse.
Extrusionsprozesse sind begrenzt, da sie im Allgemeinen verwendet
werden, um Formen mit Axialsymmetrie zu bilden. Auch verbieten Formgebungsprozesse
die Verwendung von Formen wie Unterschnitte und überlappende Formen, da sie
aus gewöhnlichen
Formen nicht freigegeben werden können. Mehrteilige Formen sind
unerschwinglich kostspielig. Folglich ist ein Großteil vom
Innenvolumen offener Raum, was einen effektiven Flächeninhalt
verringert. Eine zur Längsachse
des Füllkörpers senkrechte
Prallflächenstruktur
ist alles andere als optimal.
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Metallene Füllkörper oder -elemente sind für gewisse
Hochtemperatur- oder
chemisch aggressive Prozessströme
erforderlich. Die meisten metallischen Füllkörper sind aus Metallrohlingen
gebildet, die in eine Röhren-
oder Kugelform gerollt sind. Nasen oder Zungen können in Richtung auf das Innere geschnitten
oder gebogen sein, um Vorsprünge
zu liefern, um den Flächeninhalt
zu erhöhen
und Mischen und Tröpfchenbildung
zu verbessern. Wiederum gibt es einen beträchtlichen offenen Bereich,
und der Wirkungsgrad ist geringer als erwünscht.
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Das US-Patent No. 4,724,593 beschreibt
ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von symmetrischen offenvolumigen
Hochleistungsfüllkörpern. Die
Füllkörper weisen
gleichförmige
geometrische Konfigurationen auf und sind aus einer breiten Vielfalt von
Materialien in eine breite Vielfalt von Formen und Geometrien gebildet.
Der Prozess ist einfach und wirtschaftlich. Ein Streifen von Folienmaterial
weist ein Muster von sich wiederholenden Platten auf, die durch
Zwischenbänder
des Folienmaterials verbunden sind. Die Platten können durchlöchert sein
oder Vorsprünge
enthalten. Die Platten werden senkrecht zur Längsachse des Streifens gebogen.
Die Zwischenbänder
werden dann gebogen, um die Längsachse
der gebogenen Platten in enge Nachbarschaft und in wesentliche parallele
Ausrichtung zu bringen.
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Die Hochleistungsfüllkörper haben
ihre Aufgabe gut erfüllt
und haben einen signifikanten Marktanteil erobert. Sie sind in Kunststoff-
oder Metallmaterialien hergestellt worden. Diese Füllmaterialien weisen
einen kleinen Druckabfall, hohen Stofftransport- und Füllwirkungsgrad
auf. Sie weisen eine hohe Population von Tropfpunkten pro Volumen
auf, was durch eine gleichförmige
Verteilung von Oberflächenelementen
geliefert wird. Eine offene, nicht verstopfende Struktur liefert
einen kleinen Druckabfall, während
ein Strom sowohl in Längs-
als auch Lateralrichtung zerstreut und verteilt wird.
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Während
das Hohlraumvolumen der inneren Struktur des Füllkörpers geringer ist als bei
früheren Füllkörpern hohen
Wirkungsgrads, ist die zur Längsachse
senkrechte Struktur noch schwierig zu liefern, und die Herstellung
erfordert mehrere Biege- und Rollvorgänge, um das Folienmaterial
in ein Element zu bilden.
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Ein verbesserter Füllkörper wird
in der mitanhängigen
Anmeldung, Serial No. 08/147,806, eingereicht am 3. November 1993,
offenbart. Die verbesserten Füllkörper werden
auch aus einem Streifen von Material gebildet. Jedoch sind die durchlöcherten Tafeln
nicht durch Bandverbinder getrennt. Ein durchlöcherter Streifen von Material
wird einfach in eine Spiral- oder in eine konzentrische Zylinderstruktur
gerollt. Das äußere gekrümmte Ende
des Streifens ist mit der gekrümmten
Oberfläche
der vorhergehenden Drehung der Spirale verhakt. Quer zur Oberfläche des
Streifens angeordnete Prallflächen- oder
Nasenelemente unterbrechen den Fluidstrom wirkungsvoll. Die Nasen
können
stangenartige Elemente sein, die von der Oberfläche aufgerichtet sind. Die
verbesserten Füllkörper weisen
ein hohes Maß an
offenem Raum von 30% bis 98% auf. Überraschenderweise hat man
gefunden, dass die gerollten Füllkörper einen
besseren Stofftransport und Wirkungsgrad liefern als frühere Füllkörperstrukturen.
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Darlegung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung liefert
einen Füllkörper nach
Anspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung liefert
auch ein Verfahren zum Bilden eines Füllkörpers nach einem der Ansprüche 12,
13 oder 14.
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Gemäß der Erfindung werden Füllkörper mit komplizierten
Formen auch auf eine vereinfachte Weise von mit Öffnungen versehenen Platten
erzeugt.
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Die Vorsprünge von der Oberfläche der
Segmente können
auch als Fluidprallflächen
verwendet werden, um große
Tröpfchen
zerbersten zu lassen, um eine örtliche
Turbulenz zu erzeugen, um einen Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit
zu erhöhen und
um einen Stofftransport zu erleichtern. Die Vorsprünge können polygonale
Nasen sein, die von der Oberfläche
aufgerichtet sind. Die Nasen können rhombusartig,
rechteckig oder kreisförmig
in der Form sein. Es ist gefunden worden, dass dünne zylindrische Stangenvorsprünge von
der Oberfläche beim
Erleichtern eines Stofftransports sehr wirkungsvoll sind, während ein
offenes Volumen von etwa 30% mit sehr geringem Druckabfall geliefert
wird. Die Stangenvorsprünge
können
in Öffnungen
in der benachbarten Platte einhaken, um eine stabile Trennung zwischen
den Platten zu liefern.
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Ein anders Verfahren zum Bilden einer
wirkungsvollen Prallfläche
und Öffnungen
besteht darin, ein Muster von Schlitzen in einem Streifen von Metall oder
anderem dehnbaren Material bereitzustellen. Wenn der Streifen gestreckt
wird, weiten sich die Schlitze auf, und die Tafeln des Streifens
von Material zwischen benachbarten parallelen Schlitzen neigen sich
unter einem Winkel zur Oberfläche
nach oben. Der Schlitz weitet sich in eine langgestreckte Öffnung.
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Die gestapelte Einheit von Platten
kann aus in Plattensegmente eingeteilte Streifen gebildet sein. Die
Plattensegmente auf jeder Seite eines mittleren Plattensegments
werden in Richtung auf die Oberseite des mittleren Plattensegments
gefaltet, und Plattensegmente auf der anderen Seite werden in Richtung auf
die Unterseite des mittleren Plattensegments gefaltet. Der Streifen
kann mit Einfach- oder Doppelfaltlinien versehen sein, um eine Faltung
des Streifenmaterials zu erleichtern, ohne dass das Streifenmaterial
gebogen oder beansprucht wird.
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Der gefaltete Streifen weist ein
hohes Maß an
durch Durchlochungen geliefertem offenem Raum auf, mindestens etwa
30% des Streifens ist offener Raum, vorzugsweise ist zwischen 50%
und 98% des Streifens offener Raum. Die am Streifen angebrachten
Prallflächennasen
stellen eine vergrößerte Oberfläche zum
Fluidkontakt bereit. Wenn sich die Nasen unter einem Winkel zur
Längsachse
des gerollten Füllkörpers befinden,
könnten
sie im Weg der Strömungsflüssigkeit
liegen und bewirken sie, dass die Flüssigkeit in kleinere Tröpfchen zerbirst.
Die Nasen können
von einer beliebigen Form sein, wie z. B. gekrümmt, rechteckig, dreieckig,
quadratisch usw. Die Nasen können
durch Schneiden eines Teilumfangs der Nase aus dem Folienmaterial
gebildet sein, wobei ein Faltscharnier zurückbleibt. Das Faltscharnier wird
dann gebogen, um die Nase weg von der Tafel anzuordnen. Ein Streifen
könnte
auch mit Nasen, die aus der Oberfläche des Streifens aufgerichtet
sind, gebildet sein. Die aufgerichteten Nasen bilden gleichzeitig Öffnungen
in der Folie. Die Nasen können
auch als Abstandshalter zwischen benachbarten bogenförmigen Abschnitten
des gerollten Streifens wirken. Die Nasen können nach oben und/oder nach
unten gewandt sein. Die Nasen können
senkrecht zur Oberfläche
der Folie oder unter einem kleineren oder größeren Winkel, gewöhnlich zwischen
20 Grad und 160 Grad, angeordnet sein.
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Der Streifen kann aus einem Material
gebildet sein, das einen flexiblen und biegbaren ersten Zustand
aufweist, wie z. B. Metall, B-Zustand-Duroplaste, Thermoplaste oder
keramische Vorläufer,
wie z. B. Metalloxide, die in organischem Binderharz dispergiert
sind. Der durchlöcherte
Streifen kann mit Metallstreifen oder gewissen Kunststoffstreifen
durch Stanz-, Schneid- und Biegevorgänge gebildet werden. Andere
Streifen können
durch Gießen,
Formgebung oder Extrusion von Keramik- oder Harzmaterialien gebildet
werden. Nachdem sich der gebogene Streifen in seiner endgültigen Konfiguration
befindet, kann der gebogene Streifen gebrannt werden, um das Harz
zu härten
oder den Vorläufer
zu einem endgültigen
Keramikzustand umzuwandeln.
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Der Füllkörper der Erfindung kann von
viel einfacheren Ausgangsmaterialien hergestellt werden. Selbst
wenn man Formen zur Bildung der Streifen verwendet, die Formen sind
viel kostengünstiger und
einfacher als Formen, die verwendet werden, um frühere Hochleistungsfüllkörper zu
bilden. Das Verfahren der Erfindung kann verwendet werden, um Füllkörper in
komplizierten Formen zu bilden, die durch andere Techniken nicht
praktisch hergestellt werden können.
Die Füllkörper der
Erfindung können mit
viel geringeren Kosten hergestellt werden und können von Kunststoff, Metall
oder Keramik hergestellt werden.
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Diese und viele andere Merkmale und
damit verbundene Vorteile der Erfindung werden ersichtlich, wenn
die Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
durch Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht im Aufriss auf eine erste Ausführungsform eines mit Öffnungen
versehenen Streifens zum Bilden eines Füllkörpers gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht im Aufriss auf eine zweite Ausführungsform eines mit Öffnungen
versehenen Streifens zum Bilden eines gefalteten Füllkörpers;
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3 ist
eine Draufsicht im Aufriss auf eine weitere Ausführungsform eines Streifens
zum Bilden eines gefalteten Füllkörpers;
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4 ist
eine Perspektivansicht eines gefalteten Füllkörpers, der aus dem Streifen
von 3 gebildet ist;
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5 ist
eine Draufsicht im Aufriss auf eine andere Ausführungsform eines Streifens
zum Bilden eines gefalteten Füllkörpers;
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6 ist
eine Perspektivansicht eines Füllkörpers, der
durch Falten des Streifens von 5 gebildet
ist;
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7 ist
eine Perspektivansicht des Streifens von 2, der in einen Füllkörper gefaltet ist;
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8 ist
eine Perspektivansicht eines Füllkörpers, der
vom Falten des Streifens von 1 gebildet
ist;
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9 ist
eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Streifens,
der eine Mehrzahl von stangenartigen Vorsprüngen enthält;
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10 ist
eine Perspektivansicht eines gefalteten Füllkörpers, der von dem Streifen
von 9 gebildet ist;
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11 ist
eine Draufsicht im Aufriss auf noch eine andere Ausführungsform
eines mit Öffnungen versehenen
Streifens mit angebrachten Platten;
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12 ist
eine Perspektivanordnungsansicht des gefalteten Streifens von 11, der mit den Platten
verbunden ist;
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13 ist
eine Draufsicht im Aufriss auf einen dehnbaren Streifen mit Schlitzen;
und
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14 ist
eine Draufsicht auf einen gedehnten Metallstreifen.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Indem man nun auf die 1 und 8 Bezug nimmt, ist der verbesserte Füllkörper 10 aus
einem Streifen 12 mit mindestens 30% offenem Raum gebildet,
der durch Öffnungen 14 geliefert
wird. Der Streifen 12 kann eine Dicke von 0,1 bis 15 mm
aufweisen. Im Fall von Metall ist die Dicke gewöhnlich von 0,2 bis 0,4 mm.
Im Fall von Kunststoff ist die Dicke gewöhnlich von 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise
1 bis 2 mm, und im Fall von Keramik weist der Streifen eine Dicke
von 2 bis 8 mm auf.
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Der Streifen 12 kann auch
Prallflächenelemente
umfassen, die von der Oberfläche 18 des Streifens 12 vorstehen,
wie z. B. stangenartige Streben oder polygonale Elemente, wie z.
B. rechteckige Prallflächen 16.
Der Streifen ist von einer ersten Endwand 20 bis zu einer
zweiten Endwand 22 durchgehend. Der Streifen ist in Segmente 21 eingeteilt,
die durch Faltbänder 23 separiert
sind. Die Bänder
können
einen Querschlitz 25 umfassen und können eine Ritzlinie enthalten,
nicht dargestellt, um als ein Faltscharnier zu wirken. Das mittlere
Segment 27, das gewöhnlich
das Mittensegment ist, kann ein Paar von Seitensegmenten 29, 32 enthalten.
Ein Füllkörper 10, der
mindestens 2 Segmente enthält,
wird gebildet, indem das zum mittleren Segment 27 benachbarte
vordere Segment 31 entlang dem Faltband 23 unter
einem rechten Winkel zur Längsachse
des Streifens 12 gefaltet wird, bis die Oberseite 33 des
Segments 31 im Wesentlichen parallel zur Oberseite 35 des
mittleren Segments 27 ist. Das Faltband 23 bildet
eine gekrümmte
Seitenkante 37, die den Schlitz 25 enthält.
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Das nächstbenachbarte vordere Segment 40 wird
dann entlang einem Faltband 42 in Richtung auf das Segmente 31 gefaltet,
bis die ursprüngliche
Unterseite des Segments 41 im Wesentlichen parallel zum
gefalteten Segment 31 ist. Das gefaltete Band 42 bildet
eine zweite gekrümmte
Seitenkante 44, die einen Schlitz 25 enthält. Vordere
Segmente 46, 48 und 50 werden alternierend
in eine parallele Anordnung gefaltet.
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Die hinteren Segmente 52, 54, 56, 58 und 60 werden
gefaltet, indem zuerst das Segment 52 entlang einem Band 62 gefaltet
wird, so dass die Unterseite 64 des Segments 52 im
Wesentlichen parallel zur Unterseite des mittleren Segments 27 ist.
Das gefaltete Band 23 bildet eine gekrümmte Kante 62. Die Segmente 54, 56, 58 und 60 werden
alternierend entlang den Bändern 23 gefaltet,
um einen Stapel von Segmenten zu bilden, die durch gekrümmte Seitenverbindungen
verbunden sind. Das untere Seitensegment 32 wird entlang
dem Schlitz 64 gefaltet, bis die untere Kante 66 zum
hinteren Endsegment 60 benachbart ist. Das obere Seitensegment 29 wird
entlang dem Schlitz 68 gefaltet, bis die obere Kante 70 des
Seitensegments benachbart zum vorderen Endsegment 50 ist.
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Der Streifen weist ein Muster von Öffnungen 14 auf,
die durch aufgerichtete rechteckige Prallflächenelemente 16 gebildet
werden. Die Prallflächenelemente
in dieser Ausführungsform
eines Füllkörpers sind
parallel zur Längsachse
des Streifens angeordnet. Die Prallflächenelemente sind an der Oberfläche des
Streifens entlang einer Kante 43 angebracht, die mit dem
Streifen verbunden ist. Die Prallflächenelemente können nach
oben, nach unten vorstehen, oder einige können nach oben vorstehen, und
einige können
nach unten vorstehen.
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Die Länge und Breite des Streifens 12 sind durch
den Nenndurchmesser und -höhe,
die für
den Füllkörper 10 gewünscht werden,
die Größe der Segmente
und den Flächeninhalt
bestimmt. Die Füllkörper weisen
im Allgemeinen einen Durchmesser von 1 bis 12 Inch (25,4 bis 304,8
mm) auf, und die Höhe
beträgt
etwa 1 bis 10 Inch (25,4 bis 254,0 mm). Gewöhnlich beträgt das Durchmesser-zu-Höhe-Verhältnis mindestens
1. Ein Füllkörper weist
im Allgemeinen einen Füllfaktor
von etwa 3 bis 65 pro Fuß (etwa 10
bis 213 pro Meter) und einen Flächeninhalt
von etwa 10 bis 200 ft2/cu. ft. (etwa 33
bis 656 m2/m3) auf.
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Die Breite des Streifens an seiner
breitesten Abmessung entspricht der Höhe des Füllkörpers. Im Allgemeinen beträgt die Länge des
Streifens mindestens 5 Inch (127 mm) bis zu 100 Inch (2,54 m) oder mehr.
Der Abstand zwischen gefalteten Segmenten hängt von der Höhe der Prallflächenelemente
ab. Im Allgemeinen weisen die Prallflächenelemente eine Höhe zwischen
1/16 und 2,0 Inch (1,6 mm bis 50,8 mm) auf. Der Füllkörper weist
mindestens 2 Segmente, vorzugsweise zwischen 3 und 30 Segmenten,
auf. Ungeordnete Füllkörper sind
im Allgemeinen zwischen 1 und 5 Inch (25,4 bis 127 mm) im Nenndurchmesser,
weisen eine Höhe
zwischen 1 und 4 Inch (25,4 bis 101,6 mm) und eine Prallfläche zwischen 1/16
und 3/4 eines Inch (1,6 bis 19 mm) auf. Das Verfahren der Erfindung
könnte
auch verwendet werden, um großmolekulare
strukturierte Füllkörper in
kubischen oder rechteckig geformten Modulen, wie z. B. 1' × 1' × 1'; 2' × 1' × 1' oder 3' × 1' × 1', herzustellen. Die
strukturierten Module werden jeweils ein Modul auf einmal in der
Säule platziert,
bis die Säule
gefüllt ist.
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Der Streifen kann in der Form eines
Rechtecks mit parallelen Seitenwänden
wie in den 3 und 5 vorliegen, oder der Streifen
kann geformte Seitenwände
aufweisen, wie z. B. konvex, konkav, gemustert oder konvergierend
wie in 2. Die Segmente
des Streifens können
in diskreten Schritten in der Breite nach unten gestuft sein, wie
in 1. Wenn die Seitenwände des
Streifens parallel sind, faltet sich der Streifen in einen kubischen
oder rechteckig geformten Körper.
Wenn der Streifen konische oder gestufte Seitenwände aufweist, faltet er sich
in eine x-förmige
Struktur, wenn das kleinere mittlere Segment zum Innern angeordnet
ist, und in einen polygonförmigen
Körper,
wenn das größere mittlere Segment
zum Innern des Füllkörpers 10 angeordnet ist,
wie in den 7 und 8 dargestellt.
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Der in den 9 und 10 dargestellte
Streifen weist eine sehr offene Struktur wie ein Netzwerk oder ein
Sieb auf. In den in den 1–8 dargestellten Ausführungsformen
ist der Streifen aus einem Folienmaterial hergestellt. Die Prallflächenelemente
und die Öffnungen
können
gebildet werden, indem geeignete Materialien, wie z. B. Metall,
gewisse Kunststoffe und gewisse Vorläuferkeramiken, gestanzt und
gebogen werden, oder sie können
durch Formen in einfachen Formhohlräumen oder durch Gießen gebildet werden.
Die Öffnungen
werden in Folienmaterial, das von der Oberfläche aufgerichtet ist, entlang
als Einheit ausgebildeter Verbindungsgelenke gebildet, um die Prallflächenelemente
zu bilden. Im Fall von biegbaren Materialien kann das Prallflächenelement
entlang drei Seiten geschnitten werden und entlang der vierten Seite
gebogen werden, um die Öffnungen
zu bilden.
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In den 1, 3 und 5 sind die Prallflächenelemente entlang einem
zur Längsachse
des Streifens parallelen Verbindungsgelenk von der Oberfläche des
Streifens weggebogen dargestellt. In 2 sind die
Prallflächenelemente 82 dargestellt,
wobei Schneidlinien 84 entlang 3 Seiten mit der
gebogenen Linie 86, die sich unter einem 45 Grad-Winkel
zur Längsachse
des Streifens befindet, verbunden sind.
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Der rechteckige Streifen 90 von 3 ähnelt dem nach unten gestuften
Streifen 12 von 1. Wenn
der Streifen 90 wie in 1 gefaltet
ist, bildet er einen rechteckigen Füllkörper 92, wie in 4 dargestellt, wobei die
vorderen Segmenten 94 oben auf dem mittleren Segment 95 gefaltet
sind, um einen oberen Stapel 96 zu bilden, wobei ein Seitensegment 98 nach
oben gefaltet ist. Die hinteren Segmente 100 falten sich ähnlich nach
unten, um einen unteren Stapel 102 mit einem nach unten
gefalteten Seitensegment 104 zu bilden.
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5 ähnelt 3, außer dass die Seitensegmente 110, 112 auf
entgegengesetzten Seiten des vorderen Endsegments 114 und
hinteren Endsegments 116 angeordnet sind. Die vorderen
Segmente 119 werden alternierend oben auf dem mittleren
Segment 118 gefaltet, um einen oberen Stapel 93 zu
bilden, und die hinteren Segmente 121 werden alternierend
auf dem Boden des mittleren Segments 118 gefaltet, um einen
unteren Stapel zu bilden, wie in 6 dargestellt.
Das Seitensegment 110 wird dann entlang den Seitenkanten
des Stapels nach unten gefaltet, und das Seitensegment 112 wird
entlang den entgegengesetzten Seitenkanten des Stapels nach oben
gefaltet, um einen Füllkörper 97 zu
bilden.
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Der in 2 dargestellte
Streifen 120 ist in beiden Richtungen konisch. Er weist
ein mittleres Segment 122 und benachbarte vordere und hintere Segmente 124, 126 auf,
mit Biegebändern 128,
die die Segmente separieren. Die Prallflächenelemente 82 sind
rechteckig, wobei die Seiten um 45 Grad in Bezug zur Längsachse
des Streifens 120 gedreht sind.
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Wenn die oberen Segmente 124 gefaltet
sind und oben auf dem mittleren Segment 122 gestapelt sind
und die unteren Segmente gefaltet sind und entlang dem Boden des
mittleren Segments 122 gestapelt sind, wird ein Füllkörper 140 mit
hexagonalem Querschnitt, wie in 7 dargestellt,
gebildet. Das Seitensegment 123 wird nach oben gefaltet,
und das andere Seitensegment 125 wird nach unten gefaltet.
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Wenn der Streifen aus einem elastischen Material
gebildet ist, kann die Form des Füllkörpers stabilisiert werden,
indem Verhakungen zwischen Öffnungen
in benachbarten Segmenten bereitgestellt werden, indem die Seitenkanten
der Segmente aneinander oder am mittleren Segment befestigt werden, oder
indem die Seitenkanten der Segmente an den Seitensegmenten durch
mechanische Verhakungen, Klebemittel oder thermisches Verbinden
im Fall von Thermoplasten oder Metallen gesichert werden.
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Eine weitere Ausführungsform eines Füllkörpers ist
in den 9 und 10 dargestellt. Ein Streifen 200 weist
eine sehr offene Struktur auf, die durch Öffnungen 202 geliefert
wird. Ein Muster von stangenartigen Prallflächenelementen 204 ist
von der Oberfläche 206 des
Streifens 200 aufgerichtet. Einige von den Elementen 207 sind
länger
und sind so angepasst, dass sie in eine Öffnung 205 in einem
gegenüberliegenden
Segment eintreten und die Segmente miteinander verhaken.
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Jedes Segment ist von dem benachbarten Segment
durch ein Band 208 separiert, das einen Satz von parallelen Ritzlinien 210, 212 enthält. Das Band
kann auch eine langgestreckte Öffnung 214 enthalten.
Wie in 10 dargestellt,
faltet sich, wenn das erste vordere Segment 216 gefaltet
wird, das Band 208 entlang dem Faltscharnier 220, das an
der Ritzlinie 210 gebildet ist, und das Band 208 wird unter einem
rechten Winkel zum mittleren Segment 218 angeordnet. Das
vertikale Band 208 wird dann entlang einer Ritzlinie 212 unter
einem rechten Winkel zum nächsten
vorderen Segment 222 gefaltet, um ein zweites Faltscharnier 224 zu
bilden. Das vordere Segment 222 wird gebogen, um parallel
zum mittleren Segment 218 angeordnet zu sein.
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Einige von den längeren Prallflächenelementen 207,
die von der Oberfläche
des mittleren Segments 218 vorstehen, sind in den gegenüberliegenden Öffnungen
205 im gefalteten Segment 216 eingerastet. Die hinteren
Segmente 230 und 240 werden dann alternierend
gefaltet, um den in 10 dargestellten
Füllkörper 250 zu
bilden.
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Ein anderes Verfahren zum Zusammenbau eines
Füllkörpers ist
in den 11 und 12 dargestellt. Ein Streifen 400 weist
drei Segmente 402, 404, 406 auf, die Öffnungen 408 und
Prallflächen 410 und
eine Reihe von Tafeln 401, 403 enthalten, die
durch Nasen 405 zwischen Vorsprüngen 407 verbunden
sind. Die Tafeln 401, 403 enthalten auch Öffnungen 408 und
Prallflächen 410.
Die Endsegmente 402, 406 werden entlang geritzter
Faltlinien 418, 412 nach oben gebogen, um eine
U-förmige
Hülle 409 zu
bilden. Die Tafeln 401 und 403 werden durch Brechen der
Nasen 405 separiert. Die einzelnen Tafeln 401, 403 mit
derselben Länge
und Breite wie das mittlere Segment 404 werden in einer
zum mittleren Segment 404 parallelen Position in die Hülle 409 platziert.
Die Seitenvorsprünge 407 werden
in die Öffnungen 408 in
den Segmenten 402, 406 eingesetzt, um die Struktur
in einen Füllkörper 430 zusammenzukoppeln.
Die einzelnen Segmente könnten
mit einem Satz von Seitenstreifen oder einzelnen Seitenplatten oder Segmenten
zusammengeklebt werden.
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Eine andere Weise, um einen mit Öffnungen versehenen,
mit Prallflächen
versehenen Streifen in einem einzigen Vorgang zu bilden, ist in
den 13 und 14 dargestellt. Ein Streifen 300 von
dehnbarem Material, wie z. B. Metall, enthält ein Muster von Schlitzen 302.
Die Schlitze 302 sind vorzugsweise quer zur Längsachse
des Streifens 300 angeordnet. Der Streifen 303 in
einer ersten Reihe 304 überlappt die
Enden 306 von zwei Schlitzen 308 in einer benachbarten
Reihe 310. Wenn der Streifen 300 gedehnt wird,
neigen sich die Tafeln 312 zwischen Schlitzen, wie z. B. 303 und 306,
in benachbarten Reihen nach oben, um Prallflächenelemente 314 und Öffnungen 316 zu
bilden. Der Streifen 300 kann gerollt werden, um einen
zylindrischen Füllkörper zu
bilden, oder entlang Faltlinien 320, 322 gefaltet
werden, um einen rechteckigen gefalteten Füllkörper zu bilden, nicht dargestellt.
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Die Erfindung liefert Hochleistungsfüllkörper in
komplizierten Formen durch einfache kostengünstige Herstellungstechniken.
Die komplizierten Formen sind in Planaren Materialien definiert,
die leicht durch Gießen,
Formgebung, Stanzen oder Extrusion gebildet werden. Die Herstellung
wird durch einen einfachen Faltschritt beendet. Unter Verwendung
von Streifen mit unterschiedlichen Breiten, Längen oder Dicken, können Füllkörper mit
komplizierten Formen hergestellt werden. Füllkörper von unterschiedlichen Größen können in
eine Säule
gefüllt
werden.
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Es ist ersichtlich, dass nur bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind und dass zahlreiche Substitutionen,
Modifikationen und Änderungen
erlaubt sind, ohne dass man vom Bereich der Erfindung, wie in den
folgenden Ansprüchen
definiert, abweicht.