DE102008029405A1

DE102008029405A1 - Gewebepaket, Verwendung dieses Gewebepakets und Regenerator

Info

Publication number: DE102008029405A1
Application number: DE102008029405A
Authority: DE
Inventors: Peter Wirtz; Hans Schlebusch; Udo Neubauer
Original assignee: GKD Gebr Kufferath AG
Current assignee: GKD Gebr Kufferath AG
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Insbesondere für die Herstellung von Regeneratoren, die in Wärmekraftmaschinen verwendet werden, wird vorgeschlagen, ein Gewebepaket aus mehreren Gewebeschichten herzustellen, bei dem die Gewebeschichten aneinander anliegen und die Kontaktstellen der Gewebeschichten mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Kett- oder Schussfäden voneinander beabstandet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gewebepaket mit mehreren Gewebeschichten, die Verwendung eines derartigen Gewebepakets und einen Regenerator.
Gewebepakte mit mehreren Gewebeschichten werden als Wärmespeicher oder Regenerator bei Wärmekraftmaschinen eingesetzt. Weitere Anwendungsbereiche finden sich in der Filtrationstechnik, bei der Herstellung von Katalysatoren, in der Siebtechnik etc.
Die Verbindung der einzelnen Gewebeschichten erfolgt in vielen Fällen durch Sintern von flachen Metallgewebeschichten, durch beabstandete Rahmen oder Abstandshalter zwischen den Gewebeschichten.
Insbesondere für die Herstellung von Regeneratoren wird ein guter Wärmeaustausch gefordert, wobei die Wärmeleitung in Fließrichtung möglichst gering sein sollte. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei aufeinander liegenden Lagen die Dichte unter 70% liegt, dass heißt die Porosität berechnet als Volumenporen zu Volumenmaterial größer als 70% ist.
Derartige beispielsweise für die Herstellung von Regeneratoren in Stirlingmaschinen benötigte Porositäten werden durch die Auswahl spe zieller Gewebeschichten, deren Webart und einen speziellen Schichtaufbau erzielt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Gewebepaket mit mehreren Gewebeschichten derart weiter zu entwickeln, dass mit möglichst geringem Herstellungsaufwand eine besonders hohe Porosität erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Gewebepaket mit mehreren Schichten dadurch gelöst, dass die Gewebeschichten aneinander anliegen und die Kontaktstellen der Gewebeschichten mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Kett- oder Schussfäden voneinander beabstandet sind.
Sofern Gewebeschichten von Gewebepaketen aneinander anliegen, liegen in der Regel abwechselnd Kett- und Schussfäden aufeinander, wodurch je nach Gewebeart eine spezielle Dichte vorgegeben wird. Durch die Ausbildung der Gewebeart kann die Dichte reduziert werden. Die erzielbare Dichtereduktion ist jedoch je nach Gewebeart festgelegt, wodurch sich je nach Art des verwendeten Gewebes maximal erzielbare Porositäten ergeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Gewebeschichten auch derart ausgebildet werden können, dass sie einerseits aneinander anliegen und andererseits die Kontaktstellen der Gewebeschichten mehrere Kett- oder Schussfäden voneinander beabastandet sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Gewebeschichten durch Verformungen im Gewebe beabstandet sind. Beispielsweise durch Wellen oder Knicke im Gewebe kann dafür gesorgt werden, dass beim Aufeinanderlegen von Gewebeschichten diese Schichten derart aufeinander gelegt werden, dass die Kontaktstellen der Gewebeschichten mehrere Kett- oder Schussfäden voneinander beabstandet sind. Dadurch ergibt sich ein besonders lockerer Aufbau aus Gewebeschichten.
Eine einfache Herstellungsvariante sieht vor, dass die Verformungen geprägt sind. Durch Prägung kann bei bleibend verformbaren Gewebeschichten eine Struktur erzielt werden, die eine bleibende dreidimensionale Verformung der Gewebeschicht bewirkt.
Insbesondere bei der Herstellung der Verformungen durch Prägung ist es vorteilhaft, wenn die Verformungen Noppen sind. Durch die Ausbildung von Noppen kann durch auf der Fläche verteilte wenige Kontaktstellen eine sichere Beabstandung der Gewebeschichten erzielt werden.
Um eine reproduzierbare Dichte zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Verformungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Die regelmäßigen Abstände erlauben es darüber hinaus eine Verformung zu berechnen, die eine minimale Anzahl an Kontaktstellen bei gleichzeitiger Stabilität des Gewebepakets ermöglicht.
In der Praxis hat sich herausgestellt, dass es für viele Anwendungen vorteilhaft ist, wenn die Verformungen mindestens doppelt so tief wie das Gewebe dick sind. Derartige Verformungen ermöglichen eine hohe Porosität bei gleichzeitigem stabilen Aufbau des Gewebepakets.
Weiterhin hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand der Verformungen größer ist als deren Erstreckung. Beispielsweise bei Noppen ist der Abstand der Noppen voneinander größer gewählt als der Durchmesser einer einzelnen Noppe.
Um einen geringen Fluidwiderstand zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass die maximale Erstreckung einer Verformung mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Kett- oder Schussfäden überspannt. Es werden somit einzelne kleine Verformungen vorgeschlagen, die dazu führen, dass die Gewebeschichten etwa parallel zueinander liegen und die Verformungen in ihrer Größe so klein gehalten werden, dass sie bei geringer Strömungsbehinderung ihre Aufgabe als Abstandshalter erfüllen können.
Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn die Gewebeschichten plan aufeinander liegen. Gewebepakete entstehen hierbei durch aufeinander gelegte ausgeschnittene Gewebeplatten, die durch die Formgebung der Gewebeplatten beabstandet sind.
Insbesondere zur Herstellung von Zylindern wird vorgeschlagen, dass die Gewebeschichten aus einem aufgerollten Gewebe gebildet sind. Dadurch können auf einfache Art und Weise Zylinder oder Hohlzylinder hergestellt werden.
Dies ermöglicht es ein Gewebepaket herzustellen, bei dem das aufgerollte Gewebe die Form eines Rohrstücks aufweist. Rohrförmige Gewebepakete werden insbesondere als Regenerator für Wärmekraftmaschinen benötigt.
Insbesondere für die Herstellung derartiger Regeneratoren ist es vorteilhaft, wenn das Gewebepaket mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Schichten aufweist.
Weiterhin wird insbesondere für Regeneratoren gefordert, dass das Gewebepaket eine Porosität von mehr als 70%, vorzugsweise mehr als 80% aufweist. Derart hohe Porositäten bei gleichzeitig gutem Wärmeaustausch sind vor allem mit dem erfindungsgemäßen Gewebepaket einfach zu erzielen.
Besonders gute Praxisergebnisse wurden mit Gewebepaketen erzielt, bei denen Fäden der Gewebeschichten dünner als 200 μm sind. Hierbei können entweder einzelne Fäden der Gewebeschichten dünner als 200 μm sein, oder es können auch alle Fäden mindestens einer Gewebeschicht dünner als 200 μm sein. Mit den dünnen Fäden kann ein besonders feines Gewebe gewebt werden, das auch eine hohe Dichte aufweisen kann. Durch die spezielle Formgebung des Gewebepakets können jedoch auch bei derart feinen Gewebeschichten hohe Porositäten erzielt werden.
Eine besondere Langlebigkeit des Gewebepakets bei gleichzeitiger hoher Stabilität wird dadurch erzielt, dass Fäden der Gewebeschichten aus Metall sind. Vorzugsweise sind alle Fäden der Gewebeschichten aus Metall hergestellt. Beispielsweise haben sich für die Verwendung des Gewebepakets als Regenerator Gewebeschichten aus Bronze oder Kupfer bewährt.
Weitere besonders vorteilhafte Anwendungen erschließen sich, wenn die Fäden der Gewebeschichten aus Edelstahl sind. Auch Edelstahlgewebe eignen sich für Regeneratoren. Sie ermöglichen jedoch darüber hinaus weitere Anwendungen als Gewebepaket.
Ein besonders vorteilhafter Anwendungsbereich liegt in der Verwendung eines derartigen Gewebepakets für eine Wärmekraftmaschine. Hierbei wird das Gewebepaket als Regenerator eingesetzt, um einen guten Wärmeaustausch und gleichzeitig eine hohe Porosität zu erzielen.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Regenerator, der ein derartiges Gewebepaket aufweist.
Schematische Ansichten zur Erläuterung des Aufbaus derartiger Gewebepakete sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden erläutert. Es zeigt
1 einen Schnitt durch eine noppenartig verformte Gewebeschicht
2 einen Schnitt durch ein Gewebepaket aus noppenartig verformten Gewebeschichten,
3 einen Schnitt durch ein Gewebepaket aus einer aufgerollten noppenartig verformten Gewebeschicht und
4 einen Schnitt durch ein Gewebepaket aus konzentrisch zueinander angeordneten noppenartig verformten Gewebeschichten.
Die in 1 gezeigte Gewebeschicht 1 besteht aus Kettfäden 2 und Schussfäden 3, die zu einem Gewebe 4 miteinander verwebt sind. Dieses Gewebe 4 besteht aus einem Edelstahlmaterial, das eine derartige Stabilität aufweist, dass es als Gewebe nach einer aufgebrachten Verformung diese Formgebung beibehält. Die in 1 gezeigte wellenartige Form des Gewebes 4 resultiert aus der Darstellung eines Gewebes, das in seiner dreidimensionalen Erstreckung eine noppenartige Verformung aufweist. Hierzu wurden in das zunächst plane Gewebe 4 Noppen 5, 6, 7 eingeprägt, die in der Ebene des Gewebes eine kreisrunde Erstreckung aufweisen.
Das in 2 gezeigte Gewebepaket 8 besteht aus vier Gewebeschichten 9, 10, 11 und 12, die aufeinander liegen. Hierbei bilden sich Kontaktstellen 13 (exemplarisch beziffert). An diesen Kontaktstellen liegen die Gewebeschichten aufeinander, wobei insbesondere Kett- und/oder Schussfäden aneinander anliegen. Durch die Verformung der einzelnen Gewebeschichten entstehen zwischen den Gewebeschichten große Hohlräume die für eine hohe Porosität des Gewebepakets sorgen. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind pro Flächeneinheit sehr viele Verformungen als Noppen angeordnet. Je nach Ausführungsbeispiel rei chen jedoch auch weit weniger Noppen oder Verformungen pro Fläche um die Gewebeschichten im Gewebepaket beabstandet zueinander zu halten. Außerdem muss nicht jede Gewebeschicht Verformungen aufweisen, sondern es kann auch beispielsweise jede zweite Gewebeschicht plan ausgeführt sein.
Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt deutlich, wie durch die in die Gewebeschichten eingebrachten Verformungen ein lockerer Aufbau eines Gewebepakets erzielt werden kann.
In 3 ist eine spiralartig aufgerollte Gewebeschicht 20 gezeigt, die in ihrer aufgerollten Form ein Gewebepaket 21 bildet. Auch in der aufgerollten Form dienen noppenartig eingebrachte Verformungen 22 dazu, einen gewissen Abstand zwischen aneinander anliegenden Bereichen von Gewebeschichten zu gewährleisten. Das Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Gewebeschichten auch von unterschiedlichen Bereichen eines aufgerollten Gewebes gebildet sein können.
Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt ein Gewebepaket 25 aus mehreren konzentrisch ineinander gestellten ringförmigen Gewebeschichten 26, 27, 28, 29 und 30. Auch hier wird in der beispielhaft dargestellten Gewebeschicht 28 eine Verformung 31 vorgesehen, die das plane aneinander liegen der Gewebeschichten verhindert und für einen Abstand zwischen den Gewebeschichten sorgt.
Auf diese Art und Weise werden zylinderförmige Ringe mit 30 bis 60 mm Höhe und einem Durchmesser von 100 bis 170 μm erstellt, um als Ringgenerator für Wärmekraftmaschinen zu dienen. Die Drähte zur Herstellung der Gewebeschichten für die Regeneratoren haben in der Regel Durchmesser, die unter 160 μm liegen. Das bevorzugte Material zur Herstellung der Drähte ist Edelstahl. Daraus werden Gewebeschichten gefertigt, die Noppen zur beabstandeten Anlage der Gewebeschichten aneinander aufweisen. Die Kanten der Gewebe werden vorzugsweise mit einem Plasmaschnitt verödet. Die so hergestellten Regeneratoren halten Temperaturen bis in den Bereich von 400 bis 600°C aus.

Claims

Gewebepaket mit mehreren Gewebeschichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebeschichten aneinander anliegen und die Kontaktstellen der Gewebeschichten mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Kett- oder Schussfäden voneinander beabstandet sind.
Gewebepaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebeschichten durch Verformungen im Gewebe beabstandet angeordnet sind.
Gewebepaket nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen geprägt sind.
Gewebepaket nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen Noppen sind.
Gewebepaket nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Gewebepaket nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen mindestens doppelt so tief wie das Gewebe dick sind.
Gewebepaket nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Verformungen größer ist als deren Erstreckung.
Gewebepaket nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Erstreckung einer Verformung mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Kett- oder Schussfäden überspannt.
Gewebepaket nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebeschichten plan aufeinander liegen.
Gewebepaket nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebeschichten aus einem aufgerollten Gewebe gebildet sind.
Gewebepaket nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgerollte Gewebe die Form eines Ringes aufweist.
Gewebepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebepaket mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10 Schichten aufweist.
Gewebepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebepaket eine Porosität von mehr als 70%, vorzugsweise mehr als 80%, aufweist.
Gewebepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fäden der Gewebeschichten dünner als 200 μm sind.
Gewebepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fäden der Gewebeschichten aus Metall sind.
Gewebepaket nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fäden der Gewebeschichten aus Edelstahl sind.
Verwendung eines Gewebepakets nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine Wärmekraftmaschine.
Regenerator, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gewebepaket nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.