Plattenwärmetauscher gibt es in vielen industriellen Anwendungen und nutzen hauptsächlich Metallplatten zur Wärmeübertragung zwischen zwei Flüssigkeiten.
Ihre Verwendung nimmt rasch zu, da sie herkömmliche Wärmetauscher (normalerweise ein gewickeltes Rohr mit einer Flüssigkeit, das durch eine Kammer mit einer anderen Flüssigkeit fließt) übertreffen, da die zu kühlende Flüssigkeit eine größere Kontaktfläche hat, was die Wärmeübertragung optimiert und die Geschwindigkeit der Temperaturänderung erheblich erhöht.
Anstelle von durch die Kammern verlaufenden Spulen gibt es in einem Plattenwärmetauscher zwei abwechselnde, normalerweise dünne Kammern, die an ihren größten Oberflächen durch gewellte Metallplatten getrennt sind. Die Kammer ist dünn, da dadurch sichergestellt wird, dass der größte Teil des Flüssigkeitsvolumens mit der Platte in Kontakt kommt, was den Wärmeaustausch unterstützt.
Solche Wärmetauscherplatten wurden traditionell durch Stanzen oder konventionelle Bearbeitungsverfahren wie Tiefziehen hergestellt, doch in jüngster Zeit hat sich das photochemische Ätzen (PCE) als die effizienteste und kostengünstigste Fertigungstechnik für diese anspruchsvolle Anwendung erwiesen. Die elektrochemische Bearbeitung (ECM) ist eine weitere alternative Technologie, mit der sich sehr präzise Teile in Chargen herstellen lassen. Allerdings erfordert dieser Prozess eine sehr hohe Anfangsinvestition, ist auf leitfähige Materialien beschränkt, verbraucht viel Energie, die Konstruktion und Herstellung von Werkzeugen ist schwierig, und die Korrosion von Werkzeugmaschinen und Vorrichtungen am Werkstück war schon immer ein Problem.
Häufig weisen beide Seiten eines Plattenwärmetauschers äußerst komplexe Merkmale auf, die mitunter die Möglichkeiten des Stanzens und Bearbeitens übersteigen, mit PCE jedoch problemlos erreicht werden können. Darüber hinaus kann PCE Merkmale auf beiden Seiten der Platte gleichzeitig erzeugen, was erheblich Zeit spart. Zudem lässt sich das Verfahren auf eine Reihe verschiedener Metalle anwenden, darunter Edelstahl, Inconel 617, Aluminium und Titan.
Aufgrund einiger inhärenter Eigenschaften des Prozesses bietet PCE eine attraktive Alternative zum Stanzen und Bearbeiten von Blechanwendungen. Durch die Verwendung von Fotolack und Ätzmittel zur präzisen chemischen Bearbeitung ausgewählter Bereiche zeichnet sich der Prozess durch erhaltene Materialeigenschaften, grat- und spannungsfreie Teile mit sauberen Konturen und ohne Wärmeeinflusszonen aus. Darüber hinaus erzeugt das flüssige Ätzmedium eine optimale Struktur für das in der Platte verwendete flüssige Kühlmedium. Diese Strukturen haben keine korrosionsanfälligen Ecken und Kanten.
In Kombination mit der Tatsache, dass PCE leicht wiederholbare und kostengünstige digitale oder Glaswerkzeuge verwendet, bietet es eine kostengünstige, hochpräzise und schnelle Fertigungsalternative zu herkömmlichen Bearbeitungstechniken und zum Stanzen. Dies bedeutet erhebliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung von Prototypwerkzeugen und im Gegensatz zu Stanz- und Bearbeitungstechniken gibt es keinen Werkzeugverschleiß und keine Kosten, die mit dem erneuten Schneiden von Stahl verbunden sind.
Beim Bearbeiten und Stanzen kann es an der Schnittlinie zu nicht ganz perfekten Ergebnissen bei Metall kommen, da das bearbeitete Material häufig verformt wird und Grate, wärmebeeinflusste Zonen und neu gegossene Schichten zurückbleiben. Darüber hinaus wird versucht, die Detailauflösung zu erreichen, die für kleinere, komplexere und präzisere Metallteile wie Wärmetauscherplatten erforderlich ist.
Ein weiterer Faktor, der bei der Auswahl des Verfahrens berücksichtigt werden muss, ist die Dicke des zu bearbeitenden Materials. Herkömmliche Verfahren stoßen bei der Bearbeitung dünner Metalle häufig auf Schwierigkeiten. Stanzen und Prägen sind in vielen Fällen ungeeignet, während Laser- und Wasserschneiden zu unverhältnismäßigen und inakzeptablen Graden der thermischen Verformung bzw. Materialfragmentierung führen. PCE kann zwar bei einer Vielzahl von Metalldicken eingesetzt werden, ein wesentliches Merkmal ist jedoch, dass es bei dünneren Metallblechen, wie sie beispielsweise in Plattenwärmetauschern verwendet werden, funktioniert, ohne die Ebenheit zu beeinträchtigen, die für die Integrität der Baugruppe entscheidend ist.
Ein wichtiger Einsatzbereich von Platten sind Brennstoffzellenanwendungen aus Edelstahl, Aluminium, Nickel, Titan, Kupfer und einer Reihe von Speziallegierungen.
Metallplatten in Brennstoffzellen haben gegenüber anderen Materialien viele Vorteile. Sie sind sehr stabil, bieten eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit für eine bessere Kühlung, können durch Ätzen extrem dünn hergestellt werden, was kürzere Stapel ermöglicht, und weisen innerhalb der Kanäle keine gerichtete Oberflächenbeschaffenheit auf. Platten können geformt und Kanäle gleichzeitig erstellt werden. Wie bereits erwähnt, entsteht im Metall keine thermische Spannung, was absolute Ebenheit gewährleistet.
Der PCE-Prozess gewährleistet wiederholbare Toleranzen für alle Tastaturabmessungen, einschließlich der Tiefe der Luftwege und der Verteilergeometrie, und ermöglicht die Herstellung von Teilen mit engen Druckabfallspezifikationen.
Zu den weiteren Branchen, in denen chemisch geätzte Platten verwendet werden, zählen Linearmotoren, die Luft- und Raumfahrt sowie die petrochemische und chemische Industrie. Nach der Herstellung werden die Platten gestapelt und durch Diffusionsschweißen oder Löten miteinander verbunden, um den Kern des Wärmetauschers zu bilden. Fertige Wärmetauscher können bis zu sechsmal kleiner sein als herkömmliche Rohrbündelwärmetauscher und bieten so hervorragende Platz- und Gewichtsvorteile.
Mit PCE hergestellte Wärmetauscher sind außerdem sehr robust und effizient, halten einem Druck von 600 Bar stand und können sich an einen Temperaturbereich von der Kryotechnik bis 900 Grad Celsius anpassen. Es ist möglich, mehr als zwei Prozessströme in einer Einheit zu kombinieren und die Anforderungen an Rohrleitungen und Ventile erheblich zu reduzieren. Reaktion und Mischung können auch in das Design des Plattenwärmetauschers integriert werden, wodurch kostengünstig Funktionalität in einer einzigen Einheit hinzugefügt wird.
Die heutigen Anforderungen an eine effiziente und platzsparende Wärmeableitung stellen viele Entwicklungsingenieure vor enorme Herausforderungen. Durch die Miniaturisierung vieler Bauteile in der Elektro- und Mikrosystemtechnik entstehen sogenannte thermische Hotspots, die für eine lange Lebensdauer eine optimale Wärmeableitung erfordern.
Mittels 2D- und 3D-PCE können in Wärmetauschern Mikrokanäle mit definierten Breiten und Tiefen zur Auswahl von Wärmeableitungsmedien auf kleinster Fläche hergestellt werden. Den möglichen Kanaldesigns sind dabei nahezu keine Grenzen gesetzt.
Da der Ätzprozess außerdem zu Designinnovationen und geometrischer Freiheit anregt, kann durch die Verwendung wellenförmiger Kanalränder und -tiefen eine turbulente Strömung im Gegensatz zur laminaren Strömung gefördert werden. Eine turbulente Strömung im Kühlmedium bedeutet, dass sich das Kühlmittel in Kontakt mit der Wärmequelle ständig verändert, wodurch der Wärmeaustausch effizienter wird. Solche Wellen und Unregelmäßigkeiten in Mikrokanälen in Wärmetauschern lassen sich mithilfe von PCE leicht erzeugen, sind mit alternativen Herstellungsverfahren jedoch nicht möglich oder zu teuer.
Der PCE-Spezialist micrometal GmbH fertigt mit preisgünstigen optoelektronischen Werkzeugen hochwertige Werkstücke mit hoher Wiederholgenauigkeit.
Einzelne Mikrokanalplatten können (z. B. durch Diffusionsschweißen) an verschiedenen 3D-Geometrien befestigt werden. Micrometal nutzt ein erfahrenes Partnernetzwerk, das Kunden die Möglichkeit bietet, einzelne Mikrokanalplatten oder integrierte Mikrokanal-Wärmetauscherblöcke zu erwerben.
Eine Substanz mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen besteht, von denen mindestens eines ein Metall ist.
Reduzieren Sie den Anstieg der Flüssigkeitstemperatur an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung. Normalerweise in flüssiger Form, beispielsweise als lösliche oder chemische Mischungen (halbsynthetisch, synthetisch), kann aber auch Druckluft oder andere Gase sein. Aufgrund seiner Fähigkeit, große Wärmemengen zu absorbieren, wird Wasser häufig als Kühlmittel und Träger für verschiedene Schneidmittel verwendet, und das Verhältnis von Wasser zu Mittel variiert je nach Bearbeitungsaufgabe. Siehe Schneidflüssigkeit, halbsynthetische Schneidflüssigkeit, lösliche Öl-Schneidflüssigkeit, synthetische Schneidflüssigkeit.
1. Die Verteilung einer Komponente in einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff, die dazu neigt, die Zusammensetzung in allen Teilen gleichmäßig zu gestalten. 2. Ein Atom oder Molekül bewegt sich spontan an eine neue Position innerhalb des Materials.
Ein Vorgang, bei dem elektrischer Strom zwischen einem Werkstück und einem leitfähigen Werkzeug durch einen Elektrolyten fließt. Löst eine chemische Reaktion aus, die Metall mit einer kontrollierten Geschwindigkeit vom Werkstück löst. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schneidmethoden spielt die Härte des Werkstücks keine Rolle, sodass sich ECM für schwer zu bearbeitende Materialien eignet. In Form von elektrochemischem Schleifen, elektrochemischem Honen und elektrochemischem Drehen.
Ein Linearmotor hat die gleiche Funktion wie ein Rotationsmotor in einer Werkzeugmaschine. Man kann ihn sich als einen Standard-Permanentmagnet-Rotationsmotor vorstellen, der in der Mitte axial durchgeschnitten, dann abgezogen und flach hingelegt wird. Der Hauptvorteil der Verwendung von Linearmotoren zum Antrieb von Achsenbewegungen besteht darin, dass er die Ineffizienzen und mechanischen Unterschiede beseitigt, die durch die Kugelumlaufspindelsysteme verursacht werden, die in den meisten CNC-Werkzeugmaschinen verwendet werden.
Komponenten in der Oberflächenstruktur mit größerem Abstand. Schließt alle Unregelmäßigkeiten ein, deren Abstand größer ist als die Cutoff-Einstellung des Instruments. Siehe „Flow“, „Lie“, „Roughness“.
Dr. Michael J. Hicks ist Direktor des Center for Business and Economic Research und George and Francis Ball Distinguished Professor of Economics an der Miller School of Business der Ball State University. Hicks erhielt seinen Ph.D. und MA in Wirtschaftswissenschaften von der University of Tennessee und einen BA in Wirtschaftswissenschaften vom Virginia Military Institute. Er ist Autor von zwei Büchern und mehr als 60 wissenschaftlichen Publikationen mit Schwerpunkt auf staatlicher und lokaler Politik, darunter Steuer- und Ausgabenpolitik und die Auswirkungen von Walmart auf die lokale Wirtschaft.