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DE19712154A1 - Struktur aus profilierten Elementen und deren Verwendung - Google Patents

Struktur aus profilierten Elementen und deren Verwendung

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DE19712154A1
DE19712154A1 DE19712154A DE19712154A DE19712154A1 DE 19712154 A1 DE19712154 A1 DE 19712154A1 DE 19712154 A DE19712154 A DE 19712154A DE 19712154 A DE19712154 A DE 19712154A DE 19712154 A1 DE19712154 A1 DE 19712154A1
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DE
Germany
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plates
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cavities
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Withdrawn
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DE19712154A
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English (en)
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Gerd Dr Beierlein
Dieter Leisering
Witold Stelzer
Baerbel Dr Voigtsberger
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INOCERMIC GES fur INNOVATIVE
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INOCERMIC GES fur INNOVATIVE
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur aus mehreren Lagen profilierter Elemente und deren Verwendung.
Solche Strukturen, von denen die Wellpappe und das Wellblech allgemein be­ kannt sind, werden vielfältig eingesetzt, wenn eine in bezug auf die Masse bzw. den Materialeinsatz relativ hohe Festigkeit und/oder Steifigkeit erzielt und/oder in einem gegebenen Volumen eine möglichst große Oberfläche als Funktionsfläche, wie beispielsweise als Wärmetauscher, erzielt werden sollen.
Da sich wegen der geringen Formstabilität gewellter Bahnen aus Papier oder Pappe deren direktes Verkleben zu Wellpappe verbietet, besteht letztere in aller Regel aus alternierend übereinander gelegten und verklebten glatten und gewell­ ten Bahnen.
Um eine höhere Biegesteifigkeit einzelner Platten in beiden Flächendimensionen zu erzielen, die beim allgemein bekannten Wellblech quer zur Wellung nicht ge­ geben ist, ist es bekannt, dünne Platten beispielsweise aus Blech in mehreren Richtungen wellenförmig zu verformen. Es ist in diesem Zusammenhang auch be­ kannt, mehrere solcher Platten übereinander zu legen, an den Rändern zu ver­ binden und gegebenenfalls den entstandenen Hohlraum zur Erzielung einer guten Wärmedämmung auszuschäumen (DE 30 30 430 A1). Nachteilig bei dieser tech­ nischen Lösung ist, daß komplizierte Werkzeuge und ein Material mit ausge­ zeichneter Tiefziehfähigkeit erforderlich sind, bzw. bei der Durchdringung zweier Wellen in verschiedenen Richtungen zumindest bei Kaltverformung kritische Be­ anspruchungen des Werkstoffes auftreten.
Ein weiteres Gebiet, bei welchem Strukturen aus profilierten Elementen in großem Umfange vor allem unter dem Aspekt einer großen wirksamen Fläche auf klein­ stem Raum eingesetzt werden, ist die Filtration. Als Beispiele sollen aus der Au­ tomobiltechnik das Ansaugluftfilter aus Papier (BOSCH-Taschenbuch) und das ausheizbare Rußteilchenfilter aus Wabenkeramik für Dieselmotoren (EP 0 073 634 B1) dienen. Das erstere ist festigkeitsmäßig instabil und erfordert daher ein genau angepaßtes Gehäuse; das letztere ist wegen der Bruchempfindlichkeit der ungebrannten Wabenkörper und da die Wabenkanäle mit hoher Präzision ab­ wechselnd an einem ihrer Enden verschlossen werden müssen, fertigungstech­ nisch problematisch.
Schließlich sind wie Wellpappe aus abwechselnden glatten und gewellten Lagen aufgebaute Wärmetauscher aus Keramik bekannt, wobei die Wellen benachbarter Lagen vorzugsweise orthogonal zueinander verlaufen (EP 0 037 236 A1 oder DE 38 16 466 A1 ). Bei dieser technischen Lösung ist die Wärmetauschleistung pro Volumeneinheit durch die geringe Verwirbelung der Wärmetauschermedien be­ schränkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende Struktur aus profilierten Elementen zu schaffen, die hohe Stabilität, große Ober­ fläche auf engem Raum und Turbulenz bei der Durchströmung von Medien ver­ eint. Die erfindungsgemäßen Verwendungen sollen aufgabengemäß die vorteil­ haften Eigenschaften der Struktur in mehrfacher Hinsicht ausnutzen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.
Gegenüber den Strukturen, die der Wellpappe ähneln, wird durch den Wegfall der ebenen Zwischenlagen eine Materialeinsparung, eine höhere Dichte an den Funktionsplatten und eine naturgemäß intensive Verwirbelung bei der Durchströ­ mung mit Medien erreicht.
Für die beanspruchten Verwendungen existiert eine Vielfalt von Werkstoffen, die eingesetzt werden können, ohne den Schutzumfang des Patentes zu verlassen. Beispielsweise Metallbleche für Strukturen, deren Festigkeit genutzt werden soll oder für Wärmetauscher, Keramik für Filter, Kunststoffe für Wärmetauscher, mit semipermeablen Schichten versehene Keramik für Brennstoffzellen usw.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die beigefügten Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 Seitenansicht einer Struktur nach Anspruch 1 bis 4.
Fig. 2 Seitenansicht einer Struktur nach Anspruch 6.
Fig. 3 Stirnseitenansicht der Struktur von Fig. 2.
Fig. 4 Teilweise geschnittene Darstellung eines Ölkühlers unter Verwen­ dung einer Struktur nach den Fig. 2 und 3.
Während die Fig. 1 bis 3 weitgehend für sich selbst sprechen bzw. durch die Patentansprüche erläutert werden, zeigt die Fig. 4 eine spezielle Verwendung der erfindungsgemäßen Struktur als Querstrom-Ölkühler, die nachstehend ein­ schließlich des Herstellungsverfahrens beschrieben werden soll.
Mittels einfacher, aus entsprechenden prismatischen Stäben zusammengesetzten Werkzeugen, die mit einem Trennmittel eingesprüht sind, werden die gewellten Platten 1 und 2 aus glasfaserverstärktem Vinylesterharz hergestellt, deren Wellen den gezeigten Querschnitt haben, der etwa auf der Hypotenuse liegenden gleich­ schenkligen, rechtwinkligen Dreiecken entspricht. Es werden eine ungerade An­ zahl Platten 1 mit Längskanälen 4.1 sowie eine gerade Anzahl Platten 2 mit Querkanälen 4.2 hergestellt, in diesem Fall mit orthogonalem Verlauf der Kanäle 4.1 und 4.2 abwechselnd übereinander gestapelt und an den Berührungspunkten 3 gleichfalls mit Vinylesterharz untereinander bzw. mit ebenen Abschlußplatten 5 verklebt. Stirnseitig werden auf die Kanäle 4.1 und 4.2 durchlochte Platten 6 auf­ geklebt, deren Löcher 7 jeweils den Zugang zu einer Gruppe von Kanälen 4.1 oder 4.2 freigeben. Teilweise weggebrochen ist die durchlochte Platte 6 der Längskanäle 4.1 dargestellt. Auf diesen durchlochten Platten 6 sitzen an allen vier Seiten Anschlußkästen 8 mit Anschlußflanschen 9, von denen nur die An­ schlußkästen 8 der Querkanäle 4.2 dargestellt sind. Zweckmäßigerweise enden die Anschlußflansche 9 in einem Rohr mit Prallplatte 10 und seitlichen Austritts­ öffnungen 11, um die Medien schon im Anschlußkasten 8 zu verwirbeln. Die Verwirbelung setzt sich dann in einer intensiven Art und Weise in den aus­ schließlich von orthogonal verlaufenden Prismen begrenzten Kanälen 4.1 und 4.2 fort, so daß trotz der Wärmeleitfähigkeit des Vinylesterharzes, die naturgemäß hinter derjenigen von Metallen zurückbleibt, ein guter Wärmeaustausch stattfin­ det.

Claims (15)

1. Struktur aus profilierten Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß gewellte Platten (1) direkt zu einem Stapel (2) aufeinandergelegt und an den Berührungs­ punkten (3) verbunden sind, so daß zwischen benachbarten Platten (1) gegen­ über abgeschlossene Hohlräume (4) ausgebildet sind, die innerhalb des Stapels keine Verbindung zu benachbarten Hohlräumen (4) aufweisen.
2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge (L) innerhalb einer Platte (1) konstant ist.
3. Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1.1; 1.2) untereinander verschiedene Wellenlängen (L1; L2) haben.
4. Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1.1; 1.2) im Stapel alternierend Wellenlängen (L1; L2) bilden, deren eine (L2) ein ganzzah­ liges Vielfaches der anderen (L2) ist.
5. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen aller Plat­ ten (1.1; 1.2) des Stapels (2) parallel verlaufen.
6. Struktur nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Platten (1) eines Stapels (2) alternierend unter einem von 0° ver­ schiedenen Winkel zueinander, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zuein­ ander verlaufen.
7. Struktur nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1) aus Metall bestehen.
8. Struktur nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1) aus Kunststoff bestehen.
9. Struktur nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1) aus Keramik bestehen.
10. Verwendung einer Struktur nach einem der bisherigen Ansprüche als tragen­ de Struktur mit hohem Steifigkeits-Masse-Verhältnis und/oder hohem Festigkeits- Masse-Verhältnis bei Zug-, Druck-, Biege-, Schub- und/oder Torsionsbelastung.
11. Verwendung einer Struktur nach Anspruch 1 bis 9 zum Stoff- oder Energie­ austausch zwischen benachbarten Hohlräumen (4).
12. Struktur nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens zwei hohle An­ schlußkästen (5) an den Seitenflächen des Stapels, die jeweils Durchlässe (6) zu alternierenden Hohlräumen (4) aufweisen.
13. Verwendung einer Struktur nach Anspruch 12 als Wärmetauscher.
14. Verwendung einer Struktur nach Anspruch 12 insbesondere aus poröser Ke­ ramik als Filter.
15. Verwendung einer Struktur nach Anspruch 12 insbesondere aus oder mit se­ mipermeablen Membranen als Brennstoffzelle.
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