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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wabenstrukturen,
das die folgenden Schritte enthält:
- – Verbinden
einer Vielzahl von Folien miteinander, um einen Stapel von miteinander
verbundene Folien zu erhalten, die im ausgedehnten Zustand eine
Wabenstruktur bilden, wobei die Folien an verschiedenen Bindestellen
verschmolzen sind,
- – Ausdehnen
des Folienstapels in einer Richtung quer zur Oberfläche der
Fo lien, um die Wabenstruktur zu bilden.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Wabenstruktur, die eine Vielzahl von
Folien enthält,
die an verschiedenen Bindestellen durch Schweißen miteinander verbunden sind.
Das Verfahren und die Wabenstruktur der beschriebenen Art sind aus
der internationalen Patentanmeldung WO 93/01048 bekannt. Wegen ihres
geringen Gewichts und einmaligen Struktureigenschaften werden Wabenstrukturen
universell in industriellen Anwendungen verwendet. Wabenstrukturen
aus verhältnismäßig dünnen Folien sind
wegen ihres geringen Gewichtes und ihrer Fähigkeit, hohen Drucklasten
zu widerstehen, weit verbreitet. Derartige Wabenstrukturen werden
beispielsweise in Flugzeugbauteilen und Laufschuhen verwendet.
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Wabenstrukturen
werden auch beispielsweise in einem Röntgenuntersuchungsgerät verwendet. Ein
solches Röntgenuntersuchungsgerät enthält dann
ein einstellbares Röntgenfilter.
Das einstellbare Röntgenfilter
enthält
ein Bündel
von Kapillarröhrchen,
die von der Wabenstruktur gebildet werden. Die Kapillarröhrchen können vollständig oder
teilweise mit einer Röntgenstrahlen
absorbierenden Flüssigkeit
gefüllt
sein. Weiterhin ist ein Ende der Kapillarröhrchen mit einem Reservoir
verbunden, das eine Röntgenstrahlen
absorbierende Flüssigkeit
enthält. An
die Röhren
und die Röntgenstrahlen
absorbierende Flüssigkeit
wird eine elektrische Spannung gelegt, um die Kapillarröhrchen zu
füllen.
Dies ermöglicht
die Einstellung eines zweidimensionalen Intensitätsprofils eines das Röntgenfilter
durchquerenden Röntgenstrahlenbündels. Wabenstrukturen
werden auch als Lichtdiffusoren in Leuchten verwendet.
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Das
bekannte Verfahren realisiert die Wabenstruktur durch Ausdehnung
von miteinander verbundenen Folien. Indem aufeinander folgend eine erste
und eine zweite Folie gegeneinander angeordnet werden und indem über die
zweite Folie die Bindestellen erwärmt werden, sodass die erste
und die zweite Folie zu schmelzen beginnen, wird ein Folienstapel
gebildet. Wenn in der ersten Folie die gewünschte Schmelztiefe erreicht
worden ist, wird das Erwärmen
beendet und die Folien werden abgekühlt. Anschließend wird
auf den Stapel eine folgende Folie platziert. Die beschriebenen
Prozessschritte werden wiederholt, bis der Stapel eine Anzahl Folien
enthält, die
ausreicht, um eine Wabenstruktur zu realisieren, die die gewünschte Anzahl
Kanäle
umfasst. Nachdem die Vielzahl von Folien auf diese Weise miteinander
verbunden worden ist, wird der Folienstapel auseinander gezogen,
um die Wabenstruktur zu bilden.
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Ein
Nachteil des bekannten Prozesses ist, dass es schwierig ist, auf
den zweiten Folien den Bindestellen die geeignete Menge an Wärme zuzuführen, um
die gewünschte
Schmelztiefe zu erhalten, und zu verhindern, dass die Folien vollständig miteinander
verbunden werden.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
bei dem die zuzuführende Wärme nicht
kritisch ist und die Folien nicht vollständig miteinander verbunden
werden. Zur Lösung
dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet,
dass es einen Schritt enthält zum
Verschaffen einer strukturierten Trennschicht auf zumindest einer
Seite der Folie, um auf der Folie die Bindestellen zu realisieren.
Andere interessante Versionen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den
abhängigen
Ansprüchen
offenbart. Die Trennschicht ist in solcher Weise strukturiert, dass sie Öffnungen
umfasst, die die Bindestellen bilden. Benachbarte Folien zu beiden
Seiten der betreffenden Trennschicht können einander über die Öffnungen
berühren.
Wenn auf den Folienstapel mit den zwischen einzelnen Folien eingefügten Trennschichten
Druck ausgeübt
wird, werden die benachbarten Folien an den Orten, wo sie einander
an den Bindestellen in den Trennschichten berühren, miteinander verbunden.
Die Trennschichten verhindern das Verbinden benachbarter Folien
außerhalb
der Bindestellen. Beispielsweise werden die Bindestellen durch schmale
Streifen gebildet, die die Bindenähte bilden, entlang denen die
benachbarten Folien durch Thermokompression verschmolzen werden,
sodass sie entlang den genannten Bindenähten aneinander gebunden werden.
Das Einfügen
der strukturierten Trennschicht bietet auch den Vorteil, dass der
Prozess des Verbindens der Folien in dem Stapel beschleunigt werden
kann. Weiterhin kann die strukturierte Schicht bei spielsweise durch
Aufbringen einer Metallschicht auf die Folie und durch lokales Entfernen
von Material der Metallschicht aufgebracht werden und so die Bindestellen
definieren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die zu verwendenden
Folien dünn
sein können.
Beispielsweise werden Folien mit einer Dicke von ungefähr 5 μm verwendet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, Folien zu verwenden, die eine hohe mechanische
Stärke
aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass Polypropylensulfon (PPS) ein
geeignetes Material für
die Folien ist; Polyethylenetherephthalat (PETP), Polyethylen und
Polyester sind auch geeignete Materialien zum Bilden der Folien.
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Die
gestapelten Folien werden vorzugsweise ausgedehnt, indem die Folien
quer zur Ebene der Folien eingeklemmt werden. Daher bewegen sich
benachbarte Folien an den Gebieten, die nicht miteinander verbunden
sind, örtlich
weiter voneinander fort. Die ausgedehnten, gestapelten Folien können in dem
ausgedehnten Zustand gehalten werden, indem sie mechanisch eingeklemmt
gehalten werden. Die gestapelten Folien können auch in dem ausgedehnten
Zustand gehalten werden, indem nach dem Einklemmen die Elastizität der Folien
durch vorübergehendes
Erwärmen
oder Bestrahlen mit Hilfe von Röntgenstrahlen
oder ultravioletter Strahlung stark reduziert wird. Das Muster von
Querschnitten der Kanäle
in der Wabe wird durch den Dehnungsgrad des Folienstapels quer zur
Folienoberfläche,
den Abstand der Bindenähte
in der Richtung parallel zur Oberfläche der Folien, die Nähte, entlang
denen die Folien aneinander befestigt sind und die Breite dieser Bindenähte bestimmt.
Wenn die Breite der Bindenähte
in einem regelmäßigen Muster
zwischen aneinander grenzenden Folien ungefähr dreimal so klein ist wie
ihr gegenseitiger Abstand und wenn der Folienstapel nur geringfügig ausgedehnt
ist, wird ein mehr oder weniger augenförmiges Muster erhalten; wenn der
Stapel weiter ausgedehnt wird, tritt ein hexagonales Wabenmuster
auf, und wenn der Stapel noch weiter ausgedehnt wird, wird ein Muster
aus Rechtecken erhalten, die nur geringfügig abgerundete Ecken haben.
Bei Verwendung eines Wabenmusters wird insbesondere erreicht, dass
die mechanische Stärke des
ausgedehnten Folienstapels sehr hoch ist. Wenn die Breite der Bindenähte in einem
regelmäßigen Muster
zwischen aneinander grenzenden Folien ungefähr zweimal so klein ist wie
ihr Abstand, wird ein Rhombenmuster (mit geringfügig abgerundeten Ecken) oder
ein Augenmuster erhalten, je nachdem, ob der Folienstapel mehr oder
weniger ausgedehnt ist. Wenn die Bindenähte viel schmaler als ihr gegenseitiger
sind und der Folienstapel nur geringfügig ausgedehnt ist, wird ein
augenförmiges
Muster aus Kanalquerschnitten gebildet. Die Richtungen der Kanäle in den
ausgedehnten Folien sind von den gegenseitigen Richtungen der Bindenähte in den
ausgedehnten Folien abhängig.
Wenn beispielsweise geradlinige oder gekrümmte, zueinander parallele Bindenähte verwendet
werden, werden geradlinige bzw. gekrümmte Kanäle gebildet und wenn die Bindenähte aufeinander
zulaufen, werden sich verjüngende
Kanäle
gebildet. Außerdem
ist es möglich, Bindenähte zu verwenden,
die paarweise parallel sind, während
einzelne Paare aus Bindenähten
nur miteinander einen kleinen Winkel bilden. Dies ergibt Filterelemente
in Form von Kanälen;
einzelne Kanäle schließen dann
miteinander einen Winkel ein. Es ist auch möglich andere Formen durch nichtparallele Ausdehnung
der äußersten
Folien zu realisieren.
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Eine
spezielle Version der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt zum Realisieren der strukturierten Trennschicht zwei
Teilschritte umfasst: einen ersten Teilschritt zum Verschaffen einer
Trennschicht auf der zumindest einen Seite der Folie und einen zweiten
Teilschritt zum Anbringen von Strukturen in der Trennschicht durch
Entfernen von Material von der Trennschicht, um die Bindestellen
zu realisieren. Auf diese Weise werden die Bindestellen auf den
Folien definiert. Material kann von der Trennschicht beispielsweise
durch Laserablation entfernt werden.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist
dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Teilschritte enthält: Stapeln
der Vielzahl von Folien und Erwärmen
des Stapels auf eine Temperatu über
den Schmelzpunkt der Folien hinaus. Der Prozess zum Realisieren
des Stapels gebundener Folien kann somit wesentlich beschleunigt
werden, weil zunächst alle
Folien aufeinander gestapelt werden und anschließend in einem einzigen weiteren
Schritt der gesamte Folienstapel auf eine Temperatur über den Schmelzpunkt
der Folien hinaus erwärmt
wird. Wegen des Vorhandenseins der strukturierten Trennschicht schmilzt
das Material der Folien nur in den Bindestellen, die durch die strukturierte
Trennschicht definiert werden.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Wabenstruktur, die eine Vielzahl von
Folien enthält,
die durch Schweißen
miteinander an verschiedenen Bindestellen verschmolzen sind. Die
erfindungsgemäße Wabenstruktur
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bindestellen voneinander durch
eine strukturierte Trennschicht getrennt sind, die auf zumindest
einer Seite der Folie aufgebracht ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Wabenstruktur
ist dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Trennschicht
ein Metall mit einer Dicke in einem Bereich von weniger als 500
nm enthält.
Ein Beispiel für
ein solches Metall enthält
Aluminium.
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Die
Erfindung betrifft auch ein diagnostisches Röntgengerät, das mit einem Röntgenfilter versehen
ist. Das erfindungsgemäße diagnostische Röntgengerät ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Röntgenfilter
eine Wabenstruktur nach Anspruch 4 enthält.
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Die
Erfindung betrifft auch eine mit einem Diffusor versehene Leuchte.
Die erfindungsgemäße Leuchte
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor eine Wabenstruktur
nach Anspruch 4 enthält.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 einen
Folienstapel, 2 eine Wabenstruktur,
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3 die
Verwendung einer erfindungsgemäßen Wabenstruktur
in einer Leuchte und
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4 die
Verwendung einer erfindungsgemäßen Wabenstruktur
in einem Röntgenfilter.
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Das
Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur soll im Folgenden anhand
der 1 und 2 näher beschrieben werden. 1 ist
eine schematische Vorder- und Seitenansicht eines Beispiels für einen
Folienstapel, der verwendet wird, um die Wabenstruktur zur Verwendung
in dem Röntgenfilter
zu bilden. Die einzelnen Folien 10 in dem Stapel wechseln
mit strukturierten Trennschichten 15 ab. Die Dicke der
Folien beträgt
beispielsweise ungefähr 5 μm. Vorzugsweise
sind die Trennschichten 15 Streifen aus Aluminium mit einer
Dicke in einem Bereich von ungefähr
5 bis 500 nm; vorzugsweise werden Aluminiumstreifen mit einer Dicke
von ungefähr 20
nm verwendet. Wenn die Folien unter Druck auf eine Temperatur über den
Schmelzpunkt hinaus erwärmt
werden, werden die benachbarten Folien teilweise in Bindestellen
verschmolzen, wo zwischen den benachbarten Folien kein Aluminium
vorhanden ist. Die benachbarten Folien werden örtlich mit Hilfe einer solchen
Thermokompressionsbehandlung aneinander gebunden. Dort, wo sich
ein Aluminiumstreifen zwischen benachbarten Folien befindet, werden
die Folien durch die Thermokompressionsbehandlung nicht verbunden.
Es hat sich gezeigt, dass Folien mit einem Schmelzpunkt im Bereich
zwischen 70 und 500°C
zum Ausführen
einer solchen Thermokompression sehr geeignet sind.
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Die
in 2 gezeigte Wabenstruktur 30 ist durch
Ausdehnen der gestapelten Folien 10 gebildet worden. Der
Folienstapel 10 ist in Richtung der Pfeile 20 ausgedehnt worden.
Ausdehnung wird beispielsweise realisiert, indem eine oder mehrere
starren Platten 11 in Richtung der Pfeile gezogen werden. Zwischen
dem Folienstapel 10 und den jeweiligen starren Platten 11 sind
Pufferglieder 12 vorgesehen. Die Ausdehnung des Folienstapels
erzeugt örtlich Räume zwischen
benachbarten Folien, d.h. dort, wo sie nicht aneinander gebunden
sind. Wenn parallele Trennstreifen verwendet werden, werden durch
Thermokompression ungefähr
parallele Bindenähte
gebildet, entlang denen die benachbarten Folien aneinander gebunden
sind. Infolge solcher ungefähr
parallelen Bindenähte
werden die Räume
zwischen den Folien als Kapillarröhrchen geformt, die sich ungefähr senkrecht
zur Zeichenebene und parallel zu den Bindenähten erstrecken. Der Ausdehnungsgrad
des Folienstapels bestimmt zusammen mit den Abmessungen der Bindenähte und
der gegenseitigen Abstände der
Bindenähte
die Abmessungen der Kapillarröhrchen.
Infolge der Ausdehnung in Richtung quer zu den Folien ziehen sich
die Pufferglieder 12 geringfügig in Richtung parallel zu
den Folien zusammen. So wird erreicht, dass der Folienstapel hauptsächlich quer
zu den Folien ausgedehnt wird und die Größe der örtlichen Räume zwischen den Folien über die gesamte
Wabenstruktur gleichmäßig ist.
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Um
die strukturierte Trennschicht zu realisieren, befindet sich an
einer Seite der Folien eine Metallschicht mit einer Dicke von beispielsweise
20 nm. Diese Metallschicht kann beispielsweise mit Hilfe eines Dampfabscheidungsprozesses
deponiert werden. Anschließend
wird das Metall am Ort der Bindestellen mit Hilfe beispielsweise
Laserablation von der Folie entfernt. Andere Möglichkeiten zum örtlichen
Entfernen des Materials sind beispielsweise nass-chemisches Ätzen oder
die Verwendung eines Schattenmaskendampfabscheidungsverfahrens.
Um die Temperatureinstellung während
des Erwärmens und
Bindens des Folienstapels noch weniger kritisch zu machen, werden
vorzugsweise beide Seiten der Folien mit der strukturierten Trennschicht
versehen. 3 zeigt die Verwendung der Wabenstruktur 30 als
Diffusor in einer Leuchte 31. Die Leuchte 31 enthält ein Gehäuse 32,
eine Lampe 33, einen Reflektor 34 und eine Wabenstruktur 30.
Die Lampe 33 ist beispielsweise eine Leuchtstoffröhre. Der
Reflektor 34 ist beispielsweise als Parabolreflektor geformt,
der in dem Gehäuse 32 angeordnet
ist oder mit dem Gehäuse
aus einem Stück
ist. Die Leuchtstoffröhre 33 ist
in dem Gehäuse
nahe einer Brennlinie des Parabolreflektors 34 angebracht.
Die Wabenstruktur 30 ist in einem Fenster des Gehäuses 32 gegenüber den Parabolreflektor 34 vorgesehen.
Die Kanäle 35 der Wabenstruktur 30 sind
beispielsweise parallel zueinander und in Richtung eines zu beleuchtenden
Objekts (nicht abgebildet) orientiert. Die Länge der Kanäle beträgt beispielsweise 2 mm und
ihr Durch messer ist beispielsweise 1 mm. Um den Wirkungsgrad zu
erhöhen,
ist die Innenseite der Kanäle
vorzugsweise mit einer diffus streuenden Reflexionsschicht versehen.
So wird ein Diffusor mit hohem Wirkungsgrad erhalten. Zusätzlich zu
der beschriebenen Anwendung ist es auch möglich, die Wabenstruktur so zu
biegen, dass Austrittsöffnungen
der Kanäle, über die
Lichtstrahlen aus der Leuchte austreten, zu einer Brennlinie oder
einem Brennpunkt gerichtet sind.
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4 zeigt
eine Anwendung einer Wabenstruktur 30 in einem Röntgenfilter 45 eines
Röntgenuntersuchungsgerätes 40.
Ein derartiges Röntgenuntersuchungsgerät 40 enthält eine
Röntgenquelle 41, einen
Röntgendetektor 42,
eine Stromversorgungseinheit zum Liefern einer Spannung für die Röntgenquelle 41,
einen Monitor 48, ein Röntgenfilter 45 und eine
Steuereinheit 47. Das zu untersuchende Objekt 43 ist
zwischen der Röntgenquelle 41 und
dem Röntgendetektor 42 angeordnet.
Der Röntgendetektor 42 wandelt
ein Röntgenstrahlenbündel 44,
das das Objekt 43 durchlaufen hat, in ein elektrisches
Bildsignal 49 um. Das Bildsignal 49 wird dann
auf einem Monitor 48 wiedergegeben. Um das Röntgenstrahlenbündel 44 örtlich abzuschwächen, um
ein zweidimensionales Intensitätsprofil
einzustellen, ist in dem Röntgenstrahlenbündel 44 zwischen
der Röntgenquelle 41 und
dem Objekt 43 ein Röntgenfilter 45 angeordnet.
Das Röntgenfilter 45 umfasst
eine große
Zahl von Filterelementen. Ein Filterelement enthält vorzugsweise ein Kapillarröhrchen.
Die Kapillarröhrchen (in 4 nicht
abgebildet) werden durch die Wabenstruktur 30 gebildet.
Die Länge
der Kapillarröhrchen beträgt beispielsweise
25 mm und ihr Durchmesser beispielsweise 275 μm. Die Kapillarröhrchen stehen miteinander über eine
erste Öffnung
mit einem Reservoir (in 4 nicht abgebildet), das eine
Röntgenstrahlen
absorbierende Flüssigkeit
enthält,
beispielsweise eine wässerige
Lösung
aus einem Bleisalz, in Verbindung. Das Röntgenabsorptionsvermögen des Röntgenfilters 45 kann über die
Steuereinheit 47 eingestellt werden, indem an die Innenseite
der Kapillarröhrchen
des Röntgenfilters 45 und
die Röntgenstrahlen
absorbierende Flüssigkeit
elektrische Spannungen angelegt werden. Die Adhäsion der Röntgenstrahlen absorbierenden
Flüssigkeit
an der Innenseite der Kapillarröhrchen
ist nämlich
von der an die Innenseite der Kapillarröhrchen und an die Röntgenstrahlen
absorbierende Flüssigkeit
angelegten elektrischen Spannung abhängig. Die Kapillarröhrchen werden
mit einer gegebenen Menge an Röntgenstrahlen
absorbierender Flüssigkeit
in Abhängigkeit von
der an den einzelnen Kapillarröhrchen
und der Röntgenstrahlen
absorbierenden Flüssigkeit
anliegenden elektrischen Spannung gefüllt. Weil die Kapillarröhrchen ungefähr parallel
zu dem Röntgenstrahlenbündel verlaufen,
hängt das Röntgenabsorptionsvermögen der
einzelnen Kapillarröhrchen
von der relativen Menge an Röntgenstrahlen
absorbierender Flüssigkeit
in den Kapillarröhrchen
ab.
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Andere
Anwendungen der erfindungsgemäßen Wabenstruktur
sind beispielsweise ihre Verwendung als Kollimator für Röntgenstrahlen
in einem Röntgenuntersuchungsgerät. Eine
andere Anwendung ist beispielsweise die Verwendung als Antistreugitter
in einem Röntgenuntersuchungsgerät.