微結(jié)構(gòu)件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于引導(dǎo)流體的微結(jié)構(gòu)件及其制造方法，其中：引導(dǎo)金屬板(110)經(jīng)過型材軋輥對(100)的之間的輥縫并借此使其微結(jié)構(gòu)化，其中在寬度方向(B)形成波紋形輪廓(221)；從微結(jié)構(gòu)化的金屬板(110)以一定長度切割出微結(jié)構(gòu)化的板(212,216)；在未結(jié)構(gòu)化的板(210,214,218)上施加焊劑(220)；該微結(jié)構(gòu)化的板(212,216)和該未結(jié)構(gòu)化的板(210,214,218)被組裝成一個(gè)堆疊件(200)，該堆疊件(200)借助真空焊被連接。該微結(jié)構(gòu)件具有交替堆疊的微結(jié)構(gòu)化的板(212,216)和未結(jié)構(gòu)化的板(210,214,218)，其中該微結(jié)構(gòu)化的板(212,216)在寬度方向(B)具有波紋形輪廓(221)，該波紋形輪廓總是在頂點(diǎn)區(qū)域具有槽形凹處(226)，其中在該頂點(diǎn)區(qū)域存在在所述微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板之間的釬焊連接，并且焊劑填充所述槽形凹處(226)，在所述板之間形成多個(gè)流體通道(230,232)，每個(gè)所述流體通道在周向上由微結(jié)構(gòu)化的板(212,216)的第一表面和未結(jié)構(gòu)化的板(210,214,218)的第二表面界定。
【專利說明】微結(jié)構(gòu)件及其制造方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于引導(dǎo)流體的呈堆疊結(jié)構(gòu)形式的微結(jié)構(gòu)件，尤其是微流體的堆疊式反應(yīng)器或堆疊式換熱器，及其制造方法。
[0002]堆疊式微結(jié)構(gòu)件是指微型反應(yīng)器、微型混合器和微型換熱器，它們由一堆結(jié)構(gòu)化的板或金屬板組成。在組裝狀態(tài)下，由板內(nèi)的微結(jié)構(gòu)決定而形成很細(xì)微的通道或概括地說流體通道，其橫截面積在橫向于流動(dòng)方向的方向上至少局部在平方毫米數(shù)量級內(nèi)或更小。
[0003]這樣的微結(jié)構(gòu)件例如在文獻(xiàn)EP1415748B1中有描述。其中提出了如下要求:微結(jié)構(gòu)件的內(nèi)、外密封性即在流體通道之間以及相對于環(huán)境的密封性、高抗壓強(qiáng)度、耐蝕性、耐熱性和形狀準(zhǔn)確地限定的通道。該文獻(xiàn)基于對疊板的組裝技術(shù)的研究并且優(yōu)選為了連接該疊板而致力于一種釬焊方法，其中在若干構(gòu)件層的組裝面上先施加一個(gè)阻隔層，隨后施加一個(gè)焊劑層，優(yōu)選借助絲網(wǎng)印刷，隨后將準(zhǔn)備好的構(gòu)件層疊置并在熱作用下相互釬焊在一起。通過使用擴(kuò)散阻擋層，應(yīng)避免在焊劑層和板材之間產(chǎn)生不期望出現(xiàn)的交互作用，該交互作用對在高壓下密封性的減弱負(fù)有責(zé)任。結(jié)果，該文獻(xiàn)研究改善疊板間連接的耐用性。在此，并未討論微結(jié)構(gòu)制造方法。
[0004]文獻(xiàn)DE19801374C1同樣研究前述類型的微結(jié)構(gòu)件。在這里尤其還公開了真空焊作為加以保護(hù)的組裝方法。也如同在前述文獻(xiàn)中一樣，堆垛由多個(gè)結(jié)構(gòu)化的板構(gòu)成，在所述板之間施加焊劑層，其或是呈單獨(dú)膜、施涂粉膏的形式，或是呈電鍍沉積在板上的層的形式。作為結(jié)構(gòu)化方法，提出若干結(jié)構(gòu)化板的蝕刻、銑削、壓制、沖壓或線切割。
[0005]將波紋形結(jié)構(gòu)壓制到金屬板中例如在文獻(xiàn)DE10108469B4中有描述。該壓制方法以及前述的結(jié)構(gòu)化方法的成本很高，因而僅有條件地適用于大批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種呈堆疊結(jié)構(gòu)形式的微結(jié)構(gòu)件及其制造方法，它們允許工業(yè)化批量制造。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)將通過一種具有第一方面的特征的方法和一種具有第九方面的特征的微結(jié)構(gòu)件來完成。有利的改進(jìn)方案是其它方面的主題。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的、制造呈堆疊結(jié)構(gòu)形式的微結(jié)構(gòu)件、尤其是微流體學(xué)的堆疊式反應(yīng)器或換熱器的制造方法規(guī)定了以下步驟:
[0009]-引導(dǎo)金屬板經(jīng)過孔型輥對的限定出寬度方向的輥縫，其中該金屬板被微結(jié)構(gòu)化，并且在寬度方向上即橫向于軋制方向產(chǎn)生波紋形輪廓，
[0010]-從微結(jié)構(gòu)化的金屬板定尺寸切斷出微結(jié)構(gòu)化的板，
[0011]-優(yōu)選借助絲網(wǎng)印刷施加焊劑到未結(jié)構(gòu)化的板，
[0012]-將微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板組裝成一個(gè)堆疊件，和
[0013]-借助真空釬焊來連接所述堆疊件。
[0014]通過交替堆疊所述微結(jié)構(gòu)化的板和無圖案的板(被稱為未結(jié)構(gòu)化的板，基本上除了由制造引起的凹凸不平外具有平坦的表面)，在所述微結(jié)構(gòu)化的板的兩側(cè)在其表面與各個(gè)相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面之間形成多個(gè)流體通道或者通道。
[0015]本發(fā)明的方法相比于已知的制造方法的一個(gè)顯著區(qū)別在于結(jié)構(gòu)化步驟。波紋形輪廓的產(chǎn)生，即從頂端和底端將金屬板相互結(jié)構(gòu)化，在微結(jié)構(gòu)化構(gòu)件的制造領(lǐng)域不常用于流體學(xué)應(yīng)用，這是因?yàn)槠駷橹棺霾坏揭宰銐虻木葋碇圃臁?br> [0016]對于宏觀的換熱器或者其它應(yīng)用場合，如用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣過濾器或聲音阻尼器，例如由文獻(xiàn)US2001/0021462A1公開了一種初看上去相似的方法。據(jù)此，形成有波紋結(jié)構(gòu)的金屬板和未結(jié)構(gòu)化的金屬板被共同卷成一個(gè)圓柱形整體，從而結(jié)構(gòu)化的和未結(jié)構(gòu)化的金屬板條在徑向上是交替的。為了保證盡可能準(zhǔn)確規(guī)定的大流動(dòng)橫截面，該文獻(xiàn)提出，結(jié)構(gòu)化的金屬板在兩個(gè)前后相繼的成形步驟中形成凹凸截面形狀。首先，在第一軋制步驟中形成具有倒圓的波峰和波谷的近似正弦形的波紋結(jié)構(gòu)，該波峰和波谷隨后在第二軋制步驟中被成形為尖形三角形槽。該成形方法是彎曲方法，確切說是波紋彎曲法，此時(shí)金屬板獲得在軋制方向或長度方向上的波紋結(jié)構(gòu)。
[0017]相同的成形方法也應(yīng)用在根據(jù)文獻(xiàn)DE3126948A1的面狀復(fù)合材料的制造中，此時(shí)，第一金屬板條在兩個(gè)咬合的孔型輥之間形成凹凸截面形狀并且與至少一個(gè)第二平面金屬板條連續(xù)匯聚并連接。或者，該文獻(xiàn)提出，首先在給金屬板條的兩面配設(shè)焊劑覆層，接著形成凹凸截面形狀并定尺寸切斷。凹凸結(jié)構(gòu)化的金屬板條段分別在兩個(gè)平面的金屬板條段之間堆置并且在壓力下真空釬焊。
[0018]事實(shí)表明，該方法無法以足夠的精度套用到用于微流體學(xué)應(yīng)用的微結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)生。該問題涵蓋了從波紋形輪廓的尺寸穩(wěn)定性不足到結(jié)構(gòu)化的金屬板和板的平坦度不足。兩者恐怕都無法在后續(xù)的組裝步驟中保證所需精度。本發(fā)明還規(guī)定，按照軋制工藝即連續(xù)地制造所述金屬板。但它與前述已知的結(jié)構(gòu)化方法或截面凹凸化方法如此區(qū)分開，即，在寬度方向上，也就是橫向于軋制方向地產(chǎn)生波紋形輪廓。這類似于軋制截面凹凸化，但不是純粹的彎曲成形，而主要是壓紋，即金屬板材料流動(dòng)的拉伸成形工藝。該方法原則上也是已知的。參見文獻(xiàn)AT187078B。該文獻(xiàn)公開了制造波紋金屬板的方法，其中，平面金屬板在其整個(gè)寬度在槽輥之間被引導(dǎo)經(jīng)過，所述槽輥在唯一的一道加工工序中實(shí)現(xiàn)了通過金屬拉伸在板內(nèi)形成波紋。金屬板的材料橫截面在這種成形中縮小。這種情況不僅保證了微結(jié)構(gòu)的高尺寸精度，而且出人意料地保證了金屬板具有出眾的平坦度。另外，金屬板有利地在其整個(gè)寬度范圍內(nèi)一遍形成凹凸截面形狀則更有利于平坦度。該平坦度可根據(jù)需要通過隨后的矯正步驟來進(jìn)一步改善。但在任何情況下在結(jié)構(gòu)化之后的出色的平坦度都是一項(xiàng)重要改進(jìn)，這是因?yàn)椴惶教沟木拖褚阎牟y彎曲法所產(chǎn)生的型材金屬板決定了矯正時(shí)的大變形程度，但這又會不利地影響到波紋形輪廓的結(jié)構(gòu)精度。通過更高的平坦度和尺寸穩(wěn)定性，可以在使用很少焊劑的情況下獲得疊板之間的牢固連接、流體通道橫截面的可靠維持并進(jìn)而獲得總體高的工藝安全性。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)化方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該波紋形輪廓能在近似連續(xù)的長度范圍內(nèi)產(chǎn)生，從而可由微結(jié)構(gòu)化的金屬板帶定尺寸切斷出任何長度的板，同時(shí)不會出現(xiàn)值得一提的邊角料。定尺寸切斷可根據(jù)需要以筆直的切削邊緣垂直于長度方向或者傾斜地進(jìn)行，或者也可以非筆直的切削邊緣來進(jìn)行。至少兩個(gè)不同長度的板尤其可以由相同的金屬板在簡單的切割過程中產(chǎn)生。所有的板可以因此緣故利用唯一的軋制步驟來制造。
[0020]將焊劑施加至該未結(jié)構(gòu)化的板例如借助依靠涂覆、印刷且優(yōu)選是絲網(wǎng)印刷的結(jié)構(gòu)化焊劑膜的施加來實(shí)現(xiàn)。該波紋形輪廓優(yōu)選被周期性結(jié)構(gòu)化。
[0021]優(yōu)選在結(jié)構(gòu)化時(shí)為該金屬板配設(shè)輔助結(jié)構(gòu)，其適于在結(jié)構(gòu)化時(shí)在寬度方向上固定該金屬板。該金屬板可以在成形時(shí)在孔型輥對的輥之間通過附加的輔助結(jié)構(gòu)的加入而與例如相同的正弦形狀相比被更可靠地保持就位，從而沒有記錄下或至少沒有記錄下在成形時(shí)的金屬板寬度的顯著縮小。這保證了成形主要通過拉伸成形來進(jìn)行，這改善了成形精度和進(jìn)而結(jié)構(gòu)化的金屬板和板的尺寸精度和平坦度。該輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有比微流體學(xué)功能結(jié)構(gòu)所需要的更小的彎曲半徑。較小的半徑造成較大的摩擦，由此避免金屬板側(cè)移。
[0022]尤其優(yōu)選地是，該金屬板在結(jié)構(gòu)化時(shí)獲得在長度方向或軋制方向延伸的波峰和波谷，波峰和波谷分別在頂點(diǎn)區(qū)域內(nèi)具有槽形凹處。該槽形凹處是指沿長度方向延伸的凹處，其在所述構(gòu)形的波峰和波谷的頂點(diǎn)區(qū)域內(nèi)與波紋形輪廓重疊，從而波峰具有向內(nèi)即朝向中心線的局部最低處，而波谷具有向內(nèi)即朝向中心線的局部最高處。
[0023]該槽形凹處優(yōu)選與該相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面一起構(gòu)成空腔，焊劑在真空焊時(shí)集中在該空腔內(nèi)。
[0024]因此，該結(jié)構(gòu)通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化方法滿足了組裝方法的要求。此時(shí)優(yōu)選能以足夠的精度來構(gòu)造該槽形凹處的截面形狀，從而使它與重疊的波紋形輪廓(還有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu))相比是平緩的，即尤其具有就數(shù)值而言較小的最大斜率。這保證了液態(tài)焊劑因那里有較高的毛細(xì)力而集中在所述凹處與相鄰未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面之間的縫隙內(nèi)，沒有很多地集中在重疊的波紋形輪廓與相鄰未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面之間的縫隙內(nèi)。
[0025]而且，事實(shí)出乎意料地表明了，所述凹處同時(shí)構(gòu)成上述意義上的輔助結(jié)構(gòu)，其在成形或者結(jié)構(gòu)化的過程中在寬度方向固定該金屬板。與具有相同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)但沒有槽形凹處的金屬板相比，帶有凹處的該金屬板在成形時(shí)獲得顯著較小的寬度縮小，進(jìn)而獲得高許多的微結(jié)構(gòu)尺寸精確性和平坦度。該效果歸結(jié)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的每個(gè)波峰和波谷共享所述凹處，從而出現(xiàn)具有比基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)小的半徑的各兩個(gè)波峰和波谷。較小彎曲半徑造成在成形時(shí)較大的摩擦。另外，所述凹處作為定位結(jié)構(gòu)是效果顯著的，因?yàn)樗鼈冊诮饘侔宓恼麄€(gè)寬度上以基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的周期重復(fù)。
[0026]所述凹處因而完成雙重功能，即作為成形時(shí)的輔助結(jié)構(gòu)和在板連接時(shí)容納焊劑的空腔。
[0027]為了在盡量無焊劑的流體通道方面改善真空焊的結(jié)果，焊劑優(yōu)選在局部以平行條帶形式被施加到或印刷到該未結(jié)構(gòu)化的板上，在這里，平行條帶的間距對應(yīng)于波峰間距或波谷間距或(在周期性波紋結(jié)構(gòu)情況下)其周期。
[0028]使結(jié)構(gòu)化的板的波峰和/或波谷根據(jù)該微結(jié)構(gòu)化的板應(yīng)該在頂端或底端與未結(jié)構(gòu)化的板組裝而在組裝時(shí)與該未結(jié)構(gòu)化的板的焊劑條帶重合。如果一個(gè)堆疊件由多個(gè)交替上下堆積的微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板構(gòu)成并且該微結(jié)構(gòu)化的板的波紋形輪廓是對稱的，則將在一面的相鄰未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面上的焊劑條帶與在另一面的相鄰未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面上的焊劑條帶錯(cuò)移開半個(gè)波紋長度地被施加。
[0029]通過與波紋結(jié)構(gòu)相匹配的條帶形式局部施加或印刷該焊劑，焊劑一開始只存在于所述板的固定和密封所需部位。另外，優(yōu)選減小了抗壓固定和密封所需的量，做法是在焊劑條帶印刷時(shí)調(diào)節(jié)焊劑量，從而使它基本對應(yīng)于在所述槽形凹處和相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面之間的空腔的體積。
[0030]由此保證，與前述毛細(xì)作用相關(guān)地沒有相當(dāng)多的焊劑量進(jìn)入流體通道區(qū)域，流體通道橫截面積因而沒有偶然或者不受控地縮小。
[0031]所以少量焊劑確實(shí)也出現(xiàn)在所述結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板之間縫隙的最窄部位處。這也有助于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并用于在流體通道內(nèi)不留下形成死角的縫隙。但這種死角較小且因而可因波紋形輪廓的準(zhǔn)確幾何形狀而被準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。
[0032]該任務(wù)還將通過一種呈堆疊構(gòu)形的用于引導(dǎo)流體的微結(jié)構(gòu)件來完成，尤其是微流體學(xué)的反應(yīng)器、換熱器或混合器，其具有交替堆疊的微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板，在這里，該微結(jié)構(gòu)化的板具有包括在寬度方向上前后相繼的波峰和波谷的波紋形輪廓，波峰和波谷分別在頂點(diǎn)區(qū)域具有槽形凹處，其中在該頂點(diǎn)區(qū)域內(nèi)存在微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板之間的釬焊連接，并且焊劑填充在該槽形凹處和相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面之間形成的空腔，其中在所述板之間形成多個(gè)流體通道，每個(gè)流體通道在周向上由該微結(jié)構(gòu)化的板的表面和相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板的鄰接表面界定。
[0033]這使得本發(fā)明與已知的呈堆疊形式的微結(jié)構(gòu)件顯著區(qū)分開并且允許低成本且適于批量制造，而在已知的微結(jié)構(gòu)件中，一面結(jié)構(gòu)化的板以相同的方位取向，即以平坦的底面堆置在后面的板的結(jié)構(gòu)化的頂面上。
[0034]還優(yōu)選以周期性的波紋形輪廓為出發(fā)點(diǎn)。
[0035]尤其優(yōu)選的是，在微結(jié)構(gòu)件中設(shè)有具有波紋形輪廓且在長度方向上具有延伸尺寸L1的第一微結(jié)構(gòu)化的板和具有波紋形輪廓且在長度方向上具有延伸尺寸L2的第二微結(jié)構(gòu)化的板，其中第一微結(jié)構(gòu)化的板的延伸尺寸L1大于第二微結(jié)構(gòu)化的板的延伸尺寸L2，在這里，微結(jié)構(gòu)件以前后相繼的方式具有一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板、一個(gè)第二微結(jié)構(gòu)化的板和一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板和一個(gè)第一微結(jié)構(gòu)化的板。
[0036]由此出現(xiàn)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)化的板的長度偏移用于以簡單方式為在堆疊件內(nèi)的前后交替布置的流體平面提供分開連接的可能性。
[0037]第一微結(jié)構(gòu)化的板優(yōu)選在板平面內(nèi)在長度方向上在兩側(cè)被板條包圍。
[0038]相應(yīng)地，第二微結(jié)構(gòu)化的板在板平面內(nèi)被一個(gè)框架環(huán)繞包圍，該框架在該微結(jié)構(gòu)化的板的兩端側(cè)分別形成用于在寬度方向上將流體分散到在第二微結(jié)構(gòu)化的板與兩個(gè)相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板之間的流體通道的分流結(jié)構(gòu)。
[0039]以下將結(jié)合實(shí)施方式來描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖所示為:
[0040]圖1是用于說明金屬板的微結(jié)構(gòu)化步驟的孔型輥對的示意圖；
[0041]圖2示出了由第一未結(jié)構(gòu)化的板和第二微結(jié)構(gòu)化的板組成的堆疊件；
[0042]圖3示出真空焊后的圖2的堆疊件；
[0043]圖4示出了未結(jié)構(gòu)化的板和微結(jié)構(gòu)化的板、板條和框架的堆疊件的分解圖；
[0044]圖5示出了在微結(jié)構(gòu)件上的連接變型的立體圖。
[0045]在圖1中示出了用于根據(jù)本發(fā)明方法實(shí)施微結(jié)構(gòu)化步驟的孔型輥對100。條形金屬板帶10由未示出的儲料如卷材送出并被引導(dǎo)經(jīng)過孔型輥對100的輥縫。輸送方向或軋制方向限定了金屬板的長度方向L。此時(shí)，該金屬板基本上通過壓紋技術(shù)配設(shè)有微結(jié)構(gòu)，確切說是波紋形輪廓，其在橫向于長度方向延伸的寬度方向上或者說寬度B上被標(biāo)出。為此，兩個(gè)孔型輥112、114分別具有環(huán)繞的凹槽和凸起，其在橫截面上產(chǎn)生波紋形輪廓。兩個(gè)孔型輥中的一個(gè)在一定程度上構(gòu)成陽模，另一個(gè)構(gòu)成具有陽模的截面形狀的凹形的陰模。由此，在金屬板的正面和背面同時(shí)產(chǎn)生波紋形輪廓，這使得該成形方法不同于壓制法。
[0046]圖1還示出了，該成形從微結(jié)構(gòu)化的板的一個(gè)邊緣延伸向另個(gè)一邊緣，這是因?yàn)閮蓚€(gè)孔型輥112、114上的壓制結(jié)構(gòu)至少具有所供入的金屬板條的寬度或者比其更寬。如此微結(jié)構(gòu)化的金屬板因此通過成形已經(jīng)可獲得其在寬度方向B上的最終尺寸，不一定沿其長度邊緣(對此是指在長度方向L上延伸的邊緣)被事后切斷。雖然也可在此考慮成形步驟造成寬度略減，但這可在選擇原材料寬度時(shí)予以考慮。另外，可以由此使所產(chǎn)生的金屬板獲得很好的平坦度，同時(shí)事實(shí)還表明具有大弧度波紋形輪廓的金屬板條易于沿寬度方向彎曲。
[0047]還示意性示出了在金屬板的微結(jié)構(gòu)化之后的微結(jié)構(gòu)化的板116、118的定尺寸切斷步驟。定尺寸切斷可以利用已知的方式通過鋸切或優(yōu)選通過激光切割來實(shí)現(xiàn)，這對沿切削邊緣的微結(jié)構(gòu)損傷較小。可通過這種方式由微結(jié)構(gòu)化的金屬板110制造不同長度的微結(jié)構(gòu)化的板。因此示出了第一微結(jié)構(gòu)化的板116在長度方向L上的延伸尺寸L1比第二微結(jié)構(gòu)化的板118即比L2更大。
[0048]圖2示出了堆疊件200，其由一個(gè)第一未結(jié)構(gòu)化的板210、一個(gè)第一微結(jié)構(gòu)化的板212、一個(gè)第二未結(jié)構(gòu)化的板214、一個(gè)第二微結(jié)構(gòu)化的板216和一個(gè)第三未結(jié)構(gòu)化的板218組成。在第一、第二和第三未結(jié)構(gòu)化的板上，分別印刷有多個(gè)焊劑條帶220。圖2示出了在寬度方向上的板橫截面，在此以局部不相連的截面形式示出了焊劑條帶220。
[0049]第一和第二微結(jié)構(gòu)化的板212、216在該視圖中分別具有周期性波紋形輪廓221，其具有在軋制方向即垂直于圖面地延伸的多個(gè)波峰222和波谷224。對此要指出的是，波峰和波谷因?yàn)椴y形輪廓的對稱性而只是方位取向不同，即，波峰和波谷的區(qū)別與觀看方向有關(guān)。如果使微結(jié)構(gòu)化的板212、216旋轉(zhuǎn)，則波峰成為波谷，而波谷成為波峰。圖2還示出了所述波峰和波谷分別在其頂點(diǎn)區(qū)域具有指向波紋形輪廓的中心平面的且具有深度T的槽形凹處226。即，真正波紋形輪廓的每個(gè)波峰和每個(gè)波谷分別獲得兩個(gè)等高的頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)具有小于重疊的理論截面形狀的假想半徑的半徑R。在槽形凹處226與各自相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板210、214、218的鄰接表面之間，在組裝時(shí)形成空腔228。如圖所示，該槽形凹處的側(cè)面比疊置的波紋結(jié)構(gòu)的側(cè)面更平緩地構(gòu)成。每個(gè)波峰222和每個(gè)波谷224與在相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板210、214、218的各自鄰接表面上的對應(yīng)的焊劑條帶重合。圖2示出了釬焊之前的組裝堆疊件。在微結(jié)構(gòu)化的板212、216和各自相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板210、214、218之間在波峰222下或在波谷224下包夾出的空腔230、232構(gòu)成流體通道，其垂直于圖面延伸。設(shè)于每兩個(gè)相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板之間的所有平行流體通道230、232構(gòu)成如圖3所示的流體平面 234、236。
[0050]微結(jié)構(gòu)化的板的優(yōu)選尺寸為:板材厚度為約0.1至0.25mm,頂點(diǎn)的半徑R小于0.5mm,理論截面形狀的波紋長度為2至4mm和的凹處深度T為0.3mm至0.6mm。
[0051]在圖3中示出了釬焊后的同一堆疊件200。能看到焊劑在作用于堆疊件的垂直壓力下執(zhí)行的真空焊時(shí)集中在空腔228內(nèi)并且填充空腔。沒有值得一提的焊劑部分留在流體通道230、232的橫截面內(nèi)。釬焊時(shí)的焊劑分散一方面源于焊劑條帶20的位置與波峰222或波谷224的位置的準(zhǔn)確重合。另一方面，槽形凹處226的平緩側(cè)面在此有助于液態(tài)焊劑的表面應(yīng)力。波紋形輪廓221的側(cè)面比較陡，因而毛細(xì)作用在此導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)化的板212、216與未結(jié)構(gòu)化的板210、214、218之間接觸線的區(qū)域內(nèi)的侵占空間較弱地浸潤。
[0052]在圖2和圖3中示出的堆疊件只示出了根據(jù)本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)件的一部分。在頂端和/或底端，可以按照各自交替的順序連接上其它的微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板，在這里，各自前后相繼的微結(jié)構(gòu)化的板優(yōu)選以半個(gè)波紋長度橫向錯(cuò)開布置。本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)件一般具有10個(gè)至幾百個(gè)甚至上千個(gè)所示類型的雙層。
[0053]圖4以分解圖和立體圖示出了微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板的堆疊件400。在最底下示出一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板410，在其上浮動(dòng)示出了一個(gè)焊劑層412。該視圖用于說明促成單獨(dú)焊劑膜的壓入。但焊劑層412尤其也可通過印刷到未結(jié)構(gòu)化的板410而與之牢固連接，因而應(yīng)示意性來看。
[0054]其上示出了一個(gè)框架414，框架借助焊劑層412的焊劑與在其下方的未結(jié)構(gòu)化的板410不透流體地連接?？蚣?14是環(huán)繞封閉的。它基本由兩個(gè)沿長度方向延伸的寬板條415和兩個(gè)與之一體形成的端側(cè)的窄板條417組成。在板條415、417之間形成基本呈矩形的窗口，第二微結(jié)構(gòu)化的板416被置入所述窗口中。它被框架414環(huán)繞包圍。第二微結(jié)構(gòu)化的板416在長度方向上優(yōu)選比該窗口短，從而在該微結(jié)構(gòu)化的板的端側(cè)形成在寬度方向上敞通的分流結(jié)構(gòu)。供入的流體在其中在寬度方向上被分散到流體通道。在底面印刷有焊劑418的另一未結(jié)構(gòu)化的板420位于框架414和微結(jié)構(gòu)化的板416的平面上，所述焊劑形成與第二微結(jié)構(gòu)化的板416的波峰和框架414的板條415、417重合的圖案。在組裝后，第二微結(jié)構(gòu)化的板416通過焊劑四面不透流體且抗壓地夾封在未結(jié)構(gòu)化的板420、框架414和未結(jié)構(gòu)化的板410之間。
[0055]在未結(jié)構(gòu)化的板420的頂端有另一個(gè)印上的焊劑層422，其圖案與設(shè)于其上的構(gòu)件的接觸線重合。該構(gòu)件包含板條424和設(shè)于板條424之間的第一微結(jié)構(gòu)化的板426。板條424在兩側(cè)在長度方向L上平行地安放在第一微結(jié)構(gòu)化的板426的平面內(nèi)，在其旁邊并包圍它。第一微結(jié)構(gòu)化的板426在長度方向L具有比第二微結(jié)構(gòu)化的板416更大的延伸尺寸，從而處于第一微結(jié)構(gòu)化的板426限定的流體平面內(nèi)的流體通道在端側(cè)是敞開的。為完整起見，在第一微結(jié)構(gòu)化的板426上方還示出了焊劑層428，它應(yīng)被印在此未示出的另一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板的底面上。未示出的另一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板與最下方示出的未結(jié)構(gòu)化的板410相同。冗余重疊地給出了如圖4所示的堆疊件，其與設(shè)于其底端和頂端的蓋板510 —起得到微結(jié)構(gòu)件500如微流體反應(yīng)器、換熱器或混合器。
[0056]這在圖5中示出。以第一微結(jié)構(gòu)化的板426為特點(diǎn)的流體平面如上所述是端側(cè)敞開的，因而如此構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)件500在端側(cè)能迎來流體。為此，設(shè)有連接法蘭512，其利用螺紋連接514在兩側(cè)被固定在微結(jié)構(gòu)件500上并且借助密封516來密封。代替連接法蘭512，也可以在端側(cè)直接法蘭安裝相同類型或不同類型的其它微結(jié)構(gòu)件500。
[0057]由第二微結(jié)構(gòu)化的板416限定的流體平面一般通過一個(gè)或多個(gè)豎向的供應(yīng)機(jī)構(gòu)518迎來流體，該供應(yīng)機(jī)構(gòu)容許流體側(cè)向流入流體平面的分流結(jié)構(gòu)。按照相應(yīng)的方式，流體在對置一側(cè)通過分流結(jié)構(gòu)和排出機(jī)構(gòu)520排走。流體平面例如一般被用作換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)通路且一般構(gòu)成閉合回路，而由第一微結(jié)構(gòu)化的板426限定的流體平面被待冷卻的介質(zhì)或反應(yīng)介質(zhì)流過。
[0058]除了舉例示出的微結(jié)構(gòu)件500外，以下的微結(jié)構(gòu)件也屬于本發(fā)明，其具有由其它形式的板構(gòu)成的堆疊件，尤其是由多于兩個(gè)的不同的微結(jié)構(gòu)化的板或者更多的不同的未結(jié)構(gòu)化的板、框架件或板條件構(gòu)成的堆疊件。這些板原則可以有規(guī)律地或無規(guī)律地重復(fù)或者也個(gè)別出現(xiàn)在所述堆疊件中。不同于在前述實(shí)施例中的微結(jié)構(gòu)化的板116、118、212、216、416,426或者未結(jié)構(gòu)化的板210、214、218、410、420的垂直形狀，它們也可以具有其它形狀。優(yōu)選地，取決于加工狀況的長度邊緣是平行的，而這些板可以不同地相對于長度方向L傾斜被定尺寸切斷。尤其是，可以伴隨在結(jié)構(gòu)化的板上的非直角形端面獲得這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中流體不是在端側(cè)而是通過側(cè)向連接或法蘭連接于微結(jié)構(gòu)件的供應(yīng)和排出機(jī)構(gòu)來引導(dǎo)。如果交替的流體平面由具有交替傾斜的端面的微結(jié)構(gòu)化的板構(gòu)成，則兩個(gè)流體可以從不同側(cè)通過側(cè)連接于或法蘭連接于微結(jié)構(gòu)件的供應(yīng)和排出機(jī)構(gòu)來引導(dǎo)。該微結(jié)構(gòu)件的所謂的交叉流實(shí)施方式也被視為屬于本發(fā)明，在這里，前后相繼的流體平面的流體通道相交叉，例如垂直相交。
[0059]附圖標(biāo)記列表
[0060]100孔型輥對；110金屬板條；112孔型輥；14孔型輥；116第一微結(jié)構(gòu)化的板；118第二微結(jié)構(gòu)化的板；200堆疊件；210未結(jié)構(gòu)化的板；212微結(jié)構(gòu)化的板；214未結(jié)構(gòu)化的板；216微結(jié)構(gòu)化的板；218未結(jié)構(gòu)化的板；220焊劑條帶；221波紋形輪廓；222波峰；224波谷；226槽形凹處；228空腔；230流體通道；232流體通道；234流體平面；236流體平面；238釬焊連接；400堆疊件；410未結(jié)構(gòu)化的板；412焊劑/焊劑平面；414框架；415板條；416第二微結(jié)構(gòu)化的板；417板條；418焊劑/焊劑平面；420未結(jié)構(gòu)化的板；422焊劑/焊劑平面；424板條；426第一微結(jié)構(gòu)化的板；428焊劑/焊劑平面；500微結(jié)構(gòu)件；512連接法蘭；514螺紋連接；516密封；518輸入機(jī)構(gòu)；520排出機(jī)構(gòu)；B寬度/寬度方向；L長度/長度方向；L1第一微結(jié)構(gòu)化的板的長度；L2第二微結(jié)構(gòu)化的板的長度洱頂點(diǎn)半徑；T凹處深度。
【權(quán)利要求】
1.一種制造微結(jié)構(gòu)件(500)的方法，其中: -引導(dǎo)金屬板(110)經(jīng)過型材軋輥對(100)的限定出寬度方向⑶的輥縫并借此使其微結(jié)構(gòu)化，其中在該寬度方向(B)上形成波紋形輪廓(221)， -從微結(jié)構(gòu)化的金屬板(110)定尺寸切斷出微結(jié)構(gòu)化的板(116，118，212，216，416，426)， -在未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)上施加焊劑(220，412，418，422，428)， -該微結(jié)構(gòu)化的板(116，118，212，216，416，426)和該未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)被組裝成一個(gè)堆疊件(200，400)， -借助真空焊連接該堆疊件(200，400)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該波紋形輪廓(221)被周期性結(jié)構(gòu)化。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征是，該金屬板(110)在結(jié)構(gòu)化時(shí)具有適于在結(jié)構(gòu)化時(shí)在寬度方向上固定該金屬板的輔助結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征是，該金屬板(110)在結(jié)構(gòu)化時(shí)獲得在長度方向(L)上延伸的波峰(222)和波谷(224)，所述波峰和波谷都在頂點(diǎn)區(qū)域具有槽形凹處(226)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，該槽形凹處(226)與相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)的鄰接表面一起構(gòu)成一個(gè)空腔(228)，所述焊劑(220，412，418，422，428)在真空焊時(shí)集中在該空腔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的方法，其特征是，所述焊劑(220，412，418，422，428)在局部以多個(gè)平行的條帶(220)形式被印刷到該未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)上，所述條帶的間距對應(yīng)于該波紋形輪廓(221)的周期。
7.根據(jù)與權(quán)利要求5相關(guān)的權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述槽形凹處(226)在組裝時(shí)與焊劑條帶(220)重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，在焊劑條帶(200)印刷時(shí)該焊劑(220，412，418，422，428)的量被如此調(diào)節(jié)，即，它基本對應(yīng)于該空腔(228)的體積。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征是，該金屬板(110)基本通過壓紋被結(jié)構(gòu)化。
10.一種用于引導(dǎo)流體的微結(jié)構(gòu)件(500)，該微結(jié)構(gòu)件具有相互交替堆疊的微結(jié)構(gòu)化的板(116，118，212，216，416，426)和未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)，其中該微結(jié)構(gòu)化的板(116，118，212，216，416，426)在寬度方向(B)上具有波紋形輪廓(221)，該波紋形輪廓總是在頂點(diǎn)區(qū)域具有槽形凹處(226)，其中在該頂點(diǎn)區(qū)域存在著在所述微結(jié)構(gòu)化的板和未結(jié)構(gòu)化的板之間的釬焊連接(238)，并且焊劑(220，221，412，418，422，428)填充在該槽形凹處(226)和相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)的鄰接表面之間構(gòu)成的空腔(228)中，其中在這些板之間形成多個(gè)流體通道(230，232)，每個(gè)所述流體通道在周向上由該微結(jié)構(gòu)化的板(116，118，212，216，416，426)的表面和相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板(210，214，218，410，420)的鄰接表面界定。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微結(jié)構(gòu)件(500)，其特征是，該波紋形輪廓(221)是周期性的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的微結(jié)構(gòu)件(500)，其特征是，該微結(jié)構(gòu)件包括具有該波紋形輪廓(221)且在長度方向(L)上具有延伸尺寸L1的第一微結(jié)構(gòu)化的板(426)和具有該波紋形輪廓(221)且在長度方向(L)上具有延伸尺寸L2的第二微結(jié)構(gòu)化的板(416)，其中第一微結(jié)構(gòu)化的板(426)的延伸尺寸L1大于第二微結(jié)構(gòu)化的板(416)的延伸尺寸L2,并且該微結(jié)構(gòu)件以前后相繼的方式具有一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板(410)、一個(gè)第二微結(jié)構(gòu)化的板(416)、一個(gè)未結(jié)構(gòu)化的板(420)和一個(gè)第一微結(jié)構(gòu)化的板(426)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微結(jié)構(gòu)件(500)，其特征是，第一微結(jié)構(gòu)化的板(426)在該板的平面內(nèi)在長度方向(L)上在兩側(cè)被板條(424)圍住。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的微結(jié)構(gòu)件(500)，其特征是，第二微結(jié)構(gòu)化的板(416)在該板的平面內(nèi)被一個(gè)框架(414)圍繞，該框架在該微結(jié)構(gòu)化的板(416)的兩個(gè)端側(cè)分別構(gòu)成用于在寬度方向(B)上將流體分散到在所述第二微結(jié)構(gòu)化的板(416)和兩個(gè)相鄰的未結(jié)構(gòu)化的板(410,420)之間的流體通道(230,232)的分流結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B23K1/00GK104254422SQ201380014638
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月16日
【發(fā)明者】C·霍夫曼, U·科而特希勒 申請人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司