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    公开号:WO1988006941A1
    申请号:PCT/DE1988/000161
    申请日:1988-03-17
    公开日:1988-09-22
    发明作者:Klaus Schubert；Wilhelm Bier；Gerd Linder；Peter Schmid；Peter Bichler；Winfried Brunner；Wolfgang Simon
    申请人:Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh；Messerschmidt-Bölkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschr；
    IPC主号:G02B5-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Herstellung von Feinstrukturkörpern
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fein¬ strukturkörpern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
    [0003] Zur Herstellung von Wärmetauschern oder anderen Körpern mit feinen, genau kalibrierten Poren ist es bekannt, mit Rillen versehene Metallplatten übereinanderzustapeln (siehe DE-PS 32 39 933) . Größere Rillen können mittels profilierter Rollen eingearbeitet werden; feinere Rillen werden mittels Photoätzen eingebracht. Dabei werden z.B. in Kupferplatten von 0,5 mm Dicke 0,3 mm tiefe Rillen eingeätzt bei einer mittleren Rillenweite von etwa 0,68 mm (Chem. Eng. Res. Des., Vol. 64, July 1986,- Seiten 295 und 296). Für manche Anwendungszwecke, wie z.B. bei Wärinerohren (Heat-Pipes) oder zur Realisierung von sehr hohen spezifischen Wärmeübertragungsflächen von 15- 20.000 m /m3 pro Austauschseite werden jedoch sehr viel fei¬ nere Strukturen gefordert. Auch haben die Rillenwände aufgrund des Ätzvorgangs eine relativ rauhe Oberfläche, was den Strömungswiderstand und die Gefahr von Ablagerungen erhöht.
    [0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Feinstukturkörpern der gattungsgemäßen Art aufzuzeigen, das es gestattet, mit einfachen Mitteln eine Vielzahl eng benachbarter, kanalartiger Durchbrüche mit über die Länge konstantem Querschnitt, hoher Präzision und Oberflä¬ chengüte in diesen Körpern zu erzeugen, wobei die Quer¬ schnittsform und die Anordnung der Durchbrüche in weiten Gren¬ zen frei wählbar sind, die Formgenauigkeit der Querschnitte im Tausendstelmillimeter-Bereich, und die kleinsten Wandstärken zwischen benachbarten Durchbrüchen im Hundertstelmillimeter- Bereich liegen, dies bei Längen der Durchbrüche von mehr als 1000 Aöti. Zur Lösung dieser Aufgabe werden, die im Kennzeichen von An¬ spruch 1 enthaltenen Maßnahmen vorgeschlagen. Die hierauf be¬ zogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösunc.
    [0005] Mit der Erfindung lassen sich in den Feinstrukturkörpern mit hoher Maßhaltigkeit je nach Schliff des Formdiamanten neben runden auch_vieleckige oder kreuzschlitzförmige Durchbrüche bis herab zu 40XΛι Kantenlänge erzeugen. Durch die glatte Oberfläche wird die Gefahr von Ablagerungen beträchtlich redu¬ ziert; die mittlere Rauhtiefe der Oberfläche ist normalerweise kleiner 0,05 «m.
    [0006] Die so erhaltenen Feinstukturkörper besitzen bei ein-ar optischen Transparenz größer 50 % eine spezifische Oberfläche von ca. 20 000 bis 40 000 m /m3, wobei die Tiefe der Körper praktisch frei bestimmbar ist. Somit ergibt sich eine Vielzahl von möglichen Anwendungsgebieten. Bereits genannt wurden Wärmetauscher für Flüssigkeiten und Gase. Darunter fallen auch sogenannte Heat-Pipes zum Kühlen oder Heizen von Mikro- Bauelele enten.
    [0007] Weitere Anwendungsgebiete sind mechanische Feinfilter, aber auch optische Gitter, beispielsweise Röntgenlichtspeicherfo- lien.
    [0008] Die nunmehr mögliche Herstellung von exakt definierbaren Quer¬ schnittsformen im /^-Bereich erschließt auch neue Anwendungen bei der Fertigung von Fäden, Drähten etc.. Konkrete Beispiele hierfür sind Spinndüsenplatten. Aufgrund der großen spezifi¬ schen Oberfläche eignen sich erfindungsgemäß hergestellte Strukturen auch als Katalysatorträger oder als Trägerflächen für Mikroorganismen.
    [0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert: Die Figur 1 zeigt eine über den Dorn einer Drehmaschine ge¬ spannte Folie während der Bearbeitung;
    [0010] die Figur 2 zeigt eine auf einen X-Y-Tisch aufgespannte Folie während der Bearbeitung;
    [0011] die Figur 3 zeigt einen aus gestapelten Folien bestehenden
    [0012] Feinstrukturkörper mit rechteckigen Durchbrüchen;
    [0013] die Figur 4 zeigt einen aus gestapelten Folien bestehenden Feinstrukturkörper mit runden Durchbrüchen; -
    [0014] die Figur 5 zeigt einen Feinstrukturkörper mit kreuzschlitz¬ förmigen Durchbrüchen;
    [0015] die Figuren 6a/6b zeigen ^inen Feinstrukturkörper als Kreuz¬ stromwärmetauscher;
    [0016] die Figur 7 zeigt einen Feinstrukturkörper mit Durchbrüchen, die einen "birnenförmigen" Querschnitt haben.
    [0017] Gemäß Figur 1 ist eine metallische Folie 1 um den Dorn 2 eine Drehmaschine gespannt, so daß die Nuten 3 mit dem Formdiaman¬ ten 4a mittels eines Feinstellvorschubs (Pfeile A, B) nachein¬ ander eingebracht werden können. Die Folie 1 ist an ihrer. Stoßkanten 5 überlappend miteinander verbunden, z.B. durch Schweißung, wobei, der Bereich der Schweißung mittles einer Spannvorrichtung 7 in eine Ausnehmung 6 des Domes 2 der Dreh¬ maschine hineingedrückt ist, wobei auch die Spannvorrichtung 7 innerhalb dieser Ausnehmung 6 liegt.
    [0018] Gemäß Figur 2 ist die Folie 1 auf einem Bearbeitungstisch 8 mit Hilfe einer Vakuumspannvorrichtung 9, bestehend aus einer geschliffenen Sintermetallplatte 10 aufgespannt, die an eine Vakuumleitung 11 angeschlossen ist. Der Bearbeitungstisch 8 kann in zwei zueinander senkrechten Richtungen (XY) gegenüber einem auf einer Frässpindel 12 fixierten Formdiamanten 4b be¬ wegt werden, der in Z-Richtung verstellbar ist. Anstelle der in Figur 2 dargestellten Horizontal-Fräsanordnung mit Fräs- spindel 12 können der oder die Formdiamanten 4b auch an einem Räumwerkzeug angeordnet sein. Die kinematische Zuordnung von Werkzeug und Werkstück ist ebenfalls nur beispielhaft, das Fräs- oder Räumwerkzeug kann ebenfalls in X- und/oder Y-Rich- tung beweglich sein, auch der Bearbeitungstisch 8 könnte in Z-. Richtung verfahrbar sein.
    [0019] Nach dem Einarbeiten der Nuten 3 wird die Folie 1 in vorzugs¬ weise rechteckige Abschnitte 13 gewünschter Länge und Breite zerschnitten. Diese Abschnitte 13 bilden gemäß Figur 3 durch Stapelung den gewünschten Feinstrukturkörper 15a, bei dem die Durchbrüche 14a beispielhaft aus rechteckigen Kanälen mit ei¬ ner Kantenlänge bis herab zu 20 A bei einer Wandstärke von ca. 15 Om bestehen. Damit läßt sich eine Anzahl von meh" als 10.000 Kanälen pro cm' Querschnittsfläche erzielen.
    [0020] Gemäß Figur 4 ist es auch möglich, die Durchbrüche 14b rund zu gestalten, indem Folien mit halbkreisförmigen Nuten jeweils spiegelbildlich gestapelt werden.
    [0021] Gemäß Figur 5 erhalten die Durchbrüche 14c eine kreuzschlitz- förmige Struktur, indem ein Teil der Folien mit zwei rechteckigen Formdiamanten (mit einem breiten und einem schmalen) nacheinander bearbeitet wird; danach werden diese Folien jeweils spiegelbildlich mit einfach bearbeiteten Folien zusammengefaßt.
    [0022] Stapelt man die Folien 1 hinsichtlich ihrer Nutenausrichtung abwechselnd um 90° gegeneinander versetzt, so entsteht gemäß Figur 6a ein Feinstrukturkörper 15d, der als Kreuzstromwärr.e- tauscher einsetzbar ist. Figur 6b zeigt einen Ausschnitt die¬ ses Feinstrukturkörpers in vergrößertem Maßstab. Bearbeitet man die Folien mit auf einem Räumwerkzeug ange¬ brachten Formdiamanten, indem man zunächst eine rechteckige Nut einarbeitet und sodann den unteren Teil der Nutwände mit z.B. halbkreisförmigen Formdiamanten bearbeitet, so erhält ma gem. Figur 7 einen Feinstrukturkörper 15e mit "birnenförmigen Nutquerschnitten. Dieser Körper zeigt anschaulich, daß die Querschnittsform der Kanäle bzw. der Kanalwände praktisch fre vorgebbar ist, wobei auch Hinterschnitte erzeugbar sind bzw. Nutguerschnittsformen, bei denen eine oder beide Nutwände ode ein Teil der Wände konkav oder konvex ausgebildet sind.
    [0023] Die gestapelten Folien 1 können zwischen Deckplatten in be¬ kannter Weise zusammengefaßt gehalten sein. Außerdem ist es auch möglich, die übereinandergeschichteten Folien 1 durch Kleben, Löten oder Schweißen, vorzugsweise Diffusionslöten oder - schweißen miteinander zu verbinden. Neben den darge¬ stellten Querschnittsformen sind selbstverständlich auch an¬ dere, z.B. trapez- oder sechseckförmige Querschnitte reali¬ sierbar. An Stelle von metallischen Folien können auch solche aus anderen zerspanbaren Materialien verwendet werden wie z.B Kunststoffe oder Halbleiter.
    权利要求:
    Claims

    Patentansprüche:
    . Verfahren zur Herstellung von Feinstrukturkörpern wie Wärme tauscher, mechanische Feinfilter oder optische Gitter mit mehreren nahe beieinander!iegenden, kanalartigen Durchbrüch von hoher Formgenauigkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüt bei welchem in die Oberfläche zerspanbarer, vorzugsweise metallischer Folien mehrere Nuten mit über die Länge konsta Querschnitt eingebracht werden, und bei welchem die genutet oder die genuteten und ungenutete Folien übereinandergeschi und miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, d die Nuten (3) spanabhebend mit Formdiamanten (4a, b) einge¬ arbeitet werden, und daß bei Nutlängen von mehr als 1000 μm die Formgenauigkeit der Nuten hinsichtlich der Nutbreite ca + 1 μm bei kleinsten Stegbreiten vcn ca. 15 μm beträgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu nutende Folie (1) um den zylindrischen Dorn (2) einer Drehmaschine gespannt wird, indem ihre quer zur Nutrichtung verlaufenden Stoßkanten (5) radial innerhalb des kleinsten zu bearbeitenden Durchmessers in einer axialen Ausnehmung (6) des Doms (2) festgehalten werden (Spannvorrichtung 7) , und daß die Nuten mittels eines als Drehwerkzeug ausgeführ¬ ten Formdiamanten (4a) eingearbeitet werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu nutende Folie (1) auf die geschliffene Sintermetall¬ platte (10) einer Vakuumvorrichtung (9) gespannt wird, und daß die Bearbeitung mittels eines oder mehrerer Formdiaman- ten (4b) erfolgt, welche an einem Fräser- oder Räumwerkzeug angeordnet sind.
    4. Verfahren nach einem der der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die übereinandergeschichteten Folien (1) durch Diffusionslöten oder- schweißen miteinander verbunden werden.
    Bezugszeichenliste:
    1 Folie
    2 Dorn
    3 Nuten
    4a,b Formdiamant
    5 Stoßkanten
    6 Ausnehmung
    7 Spannvorrichtung
    8 Bearbeitungstisch
    9 Vakuumspannvorrichtung
    10 Sintermetallplatte
    11 Vakuumleitung
    12 Frässpindel
    13 Abschnitte 14a,b,c,d Durchbrüche 15a,b,c,d Feinstrukturkörper
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    DEP3709278.2||1987-03-20||AT88902400T| AT75980T|1987-03-20|1988-03-17|Verfahren zur herstellung von feinstrukturkoerpern.|
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