EP2981353A1 - Drahtformkörper - Google Patents

Drahtformkörper

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EP2981353A1
EP2981353A1 EP14714746.6A EP14714746A EP2981353A1 EP 2981353 A1 EP2981353 A1 EP 2981353A1 EP 14714746 A EP14714746 A EP 14714746A EP 2981353 A1 EP2981353 A1 EP 2981353A1
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EP
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wire
cross
length
molding
shaped
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14714746.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Kopetzky
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Individual
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/30—Loose or shaped packing elements, e.g. Raschig rings or Berl saddles, for pouring into the apparatus for mass or heat transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302—Basic shape of the elements
    • B01J2219/30257—Wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/30—Details relating to random packing elements
    • B01J2219/302—Basic shape of the elements
    • B01J2219/30257—Wire
    • B01J2219/30261—Wire twisted

Definitions

  • the invention relates to a manufactured by forming, to be flowed through by a mass flow wire molding of at least one wire.
  • Wire shaped bodies of the type mentioned are known for a long time. They are used for a variety of purposes, such as cooling elements, filter cartridges, and the like.
  • a known wire molding is made of a wire having a round cross section.
  • the wire is usually entangled, knitted or woven to a precursor.
  • the precursor is converted in a forming device by plastic forming to form a wire shaped body, wherein the shaped wire body is formed according to the negative shape of the reforwarding device.
  • Wires with a round cross-section are used in particular because they are particularly suitable for the various processes that are commonly used for the preparation of the precursors.
  • round wires were also considered particularly advantageous because round wire cross-sections of mass flows, such as a liquid flow or a gas flow, which are to flow through the wire shaped body, can be flowed around particularly well due to the rounded surfaces.
  • this object is achieved by a shaped wire body with the features according to claim 1 and in particular by the fact that the wire over its length considered consistent, polygonal cross-sectional shape and that the wire is arranged in the wire shaped body such that the wire over its length undergoes a constant change in its spatial orientation.
  • a wire for the shaped wire body which has a constant polygonal cross-sectional shape over its length, instead of using a wire whose cross-section is round in shape.
  • a cross-section polygonal wire constantly changes its spatial orientation over the length considered in the wire shaped body, in the wire shaped body targeted laminar and turbulent flows can be generated, which influence the flow behavior targeted.
  • the turbulent flows in turn lead to a significant increase in the flow resistance of the shaped wire body according to the invention compared with shaped wire bodies, which consist of wires with round cross-sectional shapes. are made.
  • the length of necessary wire can be reduced compared to conventional wire shaped bodies of wires with a round cross section, while still approximately Maintaining constant flow resistance can w.
  • a wire-formed body which is made of a round wire with a wire diameter of one millimeter and a length of 1000 mm
  • a wire shaped body according to the invention for example, from a square in cross-section wire with a edge length of each 0th , 89 mm only a length of 678 mm, resulting in a weight savings of approximately 32%.
  • a cross-sectionally square wire with an edge length of 0.6 mm and a length of 1000 mm results in a weight saving of approximately 55% with approximately the same flow resistance.
  • the wire shaped body according to the invention it is possible to significantly save material while maintaining a constant flow behavior. It is also possible to influence and adjust the heat transfer behavior by selective selection of the cross-sectional shapes and wire lengths, the flow behavior and, as will also be explained, the heat transfer behavior.
  • the inventive wire shaped body proposed to use a wire having a rectangular or square cross-sectional shape, since these cross-sectional shapes are easily made by pulling the wire.
  • the wires Preferably, in this embodiment, the wires have identical cross-sectional shapes.
  • the weight saving can be in a range of 25 to 60% in a wire molding according to the invention compared with a wire molding, which is made of a wire with a round cross-section.
  • the invention will be briefly explained with reference to two embodiments of a shaped wire body according to the invention in comparison to a conventional wire shaped body.
  • the reference used wire shaped body is made of a wire with a round cross-section.
  • the wire has a diameter d of 1.00 mm and a length 1 of 1000 mm. This results in a flow around cross-sectional area A p of 0.79 mm 2 at a resistance coefficient C w of 1, 2.
  • the wire molding is made of a square-section wire.
  • the wire cross-section has an edge length a of 0.79 mm, so that also results in a cross-sectional area A p of 0.79 mm 2 .
  • Due to the higher resistance coefficient C w of 2.0 results in an approximately constant flow resistance of 100.27% based on the reference wire shaped body, a necessary length for the wire 1 of only 678 mm, so that, also relative to the reference Re- Drah tform stresses only 67.92% material must be used, resulting in a material savings of 32.08%.
  • Only the amount of heat AE induced by the shaped wire body according to the first exemplary embodiment is only 76.57%, based on the reference wire shaped body.
  • the wire molding is also made of a square-section wire.
  • the wire cross-section here has an edge length a of only 0.60 mm, so that only a cross-sectional area A p of 0.36 mm 2 results.
  • a flow resistance of 100.00% with respect to the reference wire molding also results in the second embodiment, the necessary length for the wire 1 corresponding to the length of the wire of the reference wire molding, namely 1000 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen durch Umformen hergestellten, von einem Massenstrom zu durchströmender Drahtformkörper aus mindestens einem Draht. Erfindungsgemäß weist der Draht eine über seine Länge betrachtet gleichbleibende, mehreckige Querschnittsform auf und ist im Drahtformkörper derart angeordnet, dass der Draht über seine Länge betrachtet eine fortwährende Änderung in seiner räumlichen Orientierung erfährt.

Description

Drahtformkörper
Die Erfindung betrifft einen durch Umformen hergestellten, von einem Massenstrom zu durchströmenden Drahtformkörper aus mindestens einem Draht.
Drahtformkörper der eingangs genannten Art sind seit langem bekannt. Sie kommen für unterschiedlichste Zwecke zum Einsatz, so als Kühlelemente, Filtereinsätze, und ähnliches. Herkömmlicherweise wird ein bekannter Drahtformkörper aus einem Draht mit rundem Querschnitt gefertigt. Hierzu wird der Draht üblicherweise zu einem Vorprodukt verstrickt, gewirkt oder auch gewebt. Anschließend wird das Vorprodukt in einer Umformeinrichtung durch plastisches Umformen zu einem Drahtformkörper umgeformt, wobei der Drahtformkörper entsprechend der Negativform der Umfor- meinrichtung ausgebildet wird.
Drähte mit rundem Querschnitt werden insbesondere deshalb verwendet, weil sie sich besonders gut für die verschiedenen Verfahren eignen, die zur Herstellung der Vorprodukte üblicherweise verwendet werden.
Bisher wurde die Verwendung von runden Drähten auch deshalb als besonders vorteilhaft erachtet, weil runde Drahtquerschnitte von Massenströmen, wie einem Flüssigkeitsstrom oder einem gasstrom, die den Drahtformkörper durchströmen sollen, aufgrund der abgerundeten Oberflächen besonders gut umströmt werden können.
Seit geraumer Zeit wird jedoch versucht, Drahtformkörper herzustellen, die bei möglichst geringem Gewicht ein verglichen mit herkömmlichen Drahtformkörpern vergleichbares Strömungsverhalten aufweisen. Ausgehend von dieser Problemstellung ist es nun Aufgabe der Erfindung, einen Drahtformkörper zu schaffen, der bei gleichbleibendem Strömungsverhalten ein verglichen mit bekannten Drahtformkörpern deutlich geringeres Gewicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Drahtformkörper mit den Merk- malen gemäß Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Draht eine über seine Länge betrachtet gleichbleibende, mehreckige Querschnittsform aufweist und dass der Draht im Drahtformkörper derart angeordnet ist, dass der Draht über seine Länge betrachtet eine fortwährende Änderung in seiner räumlichen Orientierung erfährt.
Anders als bisher üblich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Draht für den Drahtformkörper zu verwenden, der eine über seine Länge betrachtet gleichbleibende mehreckige Querschnittsform aufweist, anstelle einen Draht einzusetzen, dessen Querschnitts form rund ist. So hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung eines im Querschnitt mehreckigen Drahtes der im Drahtformkörper seine räumliche Orientierung über die Länge betrachtet fortwährend ändert, im Drahtformkörper gezielt laminare und turbulente Strömungen erzeugt werden können, die das Strömungs verhalten gezielt beeinflussen. Die turbulenten Strömungen führen wiederum zu einer deutlichen Erhöhung des Strömungswiderstandes des erfindungsgemäßen Draht- formkörpers verglichen mit Drahtformkörpern, die aus Drähten mit runden Quer- schnittsformen. gefertigt sind.
Um das gleiche Strömungsverhalten, insbesondere einen nahezu identischen Strömungswiderstand im erfindungsgemäßen Drahtformkörper realisieren zu können, kann aufgrund des an sich ungünstigen Strömungsverhaltens der Drähte mit eckigem Querschnitt die Länge an notwendigem Draht verglichen mit herkömmlichen Drahtformkörpern aus Drähten mit rundem Querschnitt vermindert werden, während dennoch ein annähernd gleichbleibender Strömungswiderstand beibehalten w erden kann.
Die Tatsache, dass bei dem erfindungsgemäßen Drahtformkörper eine kürzere Drahtlänge verwendet werden kann, führt wiederum zu einer Reduzierung des Gewichtes des erfindungsgemäßen Drahtformkörpers verglichen mit dem Gewicht eines herkömmlichen Drahtformkörpers aus Drähten mit rundem Querschnitt.
Wird beispielsweise als Referenz ein Drahtformkörper herangezogen, der aus einem runden Draht mit einem Drahtdurchmesser von einem Millimeter und einer Länge von 1000 mm gefertigt ist, benötigt man für einen erfindungsgemäßen Drahtformkörper beispielsweise aus einem im Querschnitt quadratischen Draht mit einer Kan- ten länge von jeweils 0,89 mm nur eine Länge von 678 mm, wodurch sich eine Ge- wichtsersparnis von annähernd 32% ergibt. Bei einem im Querschnitt quadratischen Draht mit einer Kantenlänge von jeweils 0,6 mm und einer Länge von 1000 mm ergibt sich eine Gewichtsersparnis von annähernd 55% bei annähernd gleichem Strömungs w i derstand .
Mit dem erfindungsgemäßen Drahtformkörper ist es möglich, bei gleichbleibendem S tröm ungs verhalten deutlich Material einzusparen. Auch ist es möglich, durch gezielte Auswahl der Querschnitts formen und Drahtlängen, das Strömungs-verhalten und, wie auch noch erläutert werden wird, das Wärmeübertragungsverhalten zu be- einflussen und einzustellen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen. So wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Drahtformkörpers vorgeschlagen, einen Draht zu verwenden, der eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform aufweist, da diese Querschnittsformen einfach durch Ziehen des Drahtes gefertigt werden. Um das Strömungsverhalten, insbesondere den Strömungswiderstand, weiter zu beeinflussen, wird ferner vorgeschlagen, den Drahtformkörper aus mindestens zwei Drähten auszubilden, welche vor dem Ausbilden des Drahtformkörpers miteinander zu einer Litze verdreht sind. Vorzugsweise weisen bei dieser Aus führungs form die Drähte identische Querschnittsformen auf.
Die Gewichtsersparnis kann bei einem erfindungsgemäßen Drahtformkörper verglichen mit einem Drahtformkörper, der aus einem Draht mit rundem Querschnitt gefertigt ist, in einem Bereich von 25 bis 60% liegen. Nachfolgend wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Drahtformkörpers im Vergleich zu einem herkömmlichen Drahtformkörper kurz erläutert.
In der nachfolgenden Tabelle sind unterschiedliche Daten eines herkömmlichen Drahtformkörpers, der aus einem Draht mit rundem Querschnitt gefertigt ist. im Vergleich zu zwei Ausführungsbeispielen gezeigt, bei denen jeweils ein Draht mit quadratischem Querschnitt Verwendung findet:
In der Tabelle stehen die Abkürzungen für folgende Größen: d Durehmesser des runden Drahtes
a Kantenlänge des im Querschnitt quadratischen Drahtes
1 Länge des für den Drahtformkörper verwendeten Drahtes
Ap Querschnittsfläche
Cw Widerstandsbeiwert
Material Materialgewicht bezogen auf 100 %
APström Strömungswiderstand bezogen auf 100%
AEwärme Aufgenommene und abgeführte Wärmemenge bezogen auf 100%
Der als Referenz herangezogene Drahtformkörper ist aus einem Draht mit rundem Querschnitt gefertigt. Der Draht hat einen Durchmesser d von 1,00 mm und eine Länge 1 von 1000 mm. Hieraus ergibt sich eine umströmte Querschnittsfläche Ap von 0,79 mm2 bei einem Widerstandsbeiwert Cw von 1 ,2.
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Drahtformkörper aus einem Draht mit quadratischem Querschnitt gefertigt. Der Drahtquerschnitt hat eine Kantenlänge a von 0,79 mm, so dass sich gleichfalls eine Querschnittsfläche Ap von 0,79 mm2 ergibt. Aufgrund des höheren Widerstandsbeiwertes Cw von 2,0 ergibt sich bei einem annähernd gleichbleibenden Strömungswiderstand von 100,27 % bezogen auf den Referenz-Drahtformkörper eine notwendige Länge für den Draht 1 von lediglich 678 mm, so dass, gleichfalls bezogen auf den Re ferenz- Drah tformkörper nur 67,92 % Material verwendet werden müssen, wodurch sich eine Materialersparnis von 32,08 % ergibt. Lediglich die von dem Drahtformkörper gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgenommene Wärmemenge AEWämie liegt bei lediglich 76,57 % bezogen auf den Referenz-Drahtformkörper. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der Drahtformkörper gleichfalls aus einem Draht mit quadratischem Querschnitt gefertigt. Der Drahtquerschnitt hat hier allerdings eine Kantenlänge a von lediglich 0,60 mm, so dass sich nur eine Querschnittsfläche Ap von 0,36 mm2 ergibt. Aufgrund des höheren Widerstandsbeiwertes Cw von 2,0 ergibt sich jedoch auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Strömungswiderstand von 100,00 % bezogen auf den Referenz-Drahtformkörper, wobei die notwendige Länge für den Draht 1 der Länge des Drahtes des Referenz-Drahtformkörpers entspricht, nämlich 1000 mm. Hierdurch ergibt sich bezogen auf den Referenz- Drahtformkörper lediglich ein Ma- terialeinsatz von 45,84 %, so dass eine Materialersparnis von 54, 16 % erreicht wird. Lediglich die von dem Drahtformkörper gemäß dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel aufgenommene Wärmemenge AEWärme liegt bei nur 76,39 % bezogen auf den Referenz-Drahtformkörper. Soll nun ein höherer Strömungswiderstand oder auch eine höhere Wärmemenge von dem Drahtformkörper aufgenommen werden, muss lediglich die Länge des für den Drahtformkörper verwendeten Drahtes oder dessen Querschnittsabmessungen entsprechend angepasst werden. Wie der Tabelle eindrucksvoll zu entnehmen ist, kann durch vergleichsweise einfache Maßnahmen, wie einer Änderung der Querschnittsabmessungen oder einer Änderung der Draht länge sehr gezielt der Strömungswiders tand und die abzuführende Wärmemenge eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Durch Uniformen hergestellter, von einem Massenstrom zu durchströmender Drahtformkörper aus mindestens einem Draht,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Draht eine über seine Länge betrachtet gleichbleibende, mehreckige Querschnittsform aufweist und dass der Draht im Drahtformkörper derart angeordnet ist, dass der Draht über seine Länge betrachtet eine fortwährende Änderung in seiner räumlichen Orientierung erfährt.
2. Draht ormkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht eine rechteckige oder quadratische Querschnittsform aufweist.
3. Drahtformkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtformkörper aus mindestens zwei Drähten gebildet ist, welche vor dem Ausbilden des Drahtformkörpers miteinander zu einer Litze verdreht sind.
4. Drahtformkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte identische Q uerschni t ts form aufweisen.
5. Drahtformkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Drahtformkörpers geringer ist als das Gewicht eines aus einem Draht mit rundem Querschnitt gefertigten Drahtformkörpers mit identischem Strömungswiderstand, wobei die Gewichtsverminderung in einem Be- reich von 25 bis 60% liegt.
EP14714746.6A 2013-04-03 2014-04-03 Drahtformkörper Withdrawn EP2981353A1 (de)

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