用于制造波纹片的片材成形工具和方法
【专利摘要】一种用于制造波纹片的片材成形工具(1)具有下工具元件(40)和上工具元件(50)，上工具元件和下工具元件中的每个具有前侧(23、33、41)和后侧(25、35、42)。下工具元件(40)包括第一基底元件(2、4、6、8)和从所述第一基底元件(2、4、6、8)伸出的第一指状元件(3、5、7、9)。第一指状元件(3、5、7、9)形成用于在片材中形成波峰的第一脊部(22、24、26、28)。上工具元件(50)包括第二基底元件(12、14)和从所述第二基底元件(12、14)伸出的第二指状元件(13、15)，第二指状元件(13、15)形成用于在所述片材中形成波谷的第二脊部(32、34)。第一脊部(22、24、26、28)被布置成与第二脊部(32、34)相对，并且第一脊部(22、24、26、28)相对于第二脊部(32、34)存在偏移，以便允许第一指状元件(3、5、7、9)和第二指状元件(13、15)在接合位置接合。第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个包括主要部分(20)和端部部分(11、21)，并且主要部分(20)中的第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个与对应前侧(23、33、41)之间的角度?(36)至少部分地不同于端部部分(11、21)中的第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个与对应前侧之间的角度，并且在接合位置在第一指状元件(3、5、7、9)与相邻的第二指状元件(13、15)之间设置有空间。
【专利说明】用于制造波纹片的片材成形工具和方法
[0001]本发明涉及用于制造波纹片的片材成形工具和方法。由该工具制成的波纹片可以被用作用于结构化填料(structured packing)的层。这种结构化填料可以被用作质量传递设备中的设施，用于改善流动穿过质量传递设备的至少两种流体相之间的质量或者热传递。流体相可以包括气相和液相。质量传递设备可以被构造成用以进行涉及这种质量传递的单元操作的质量传递柱，比如精馏柱或者吸收柱。
[0002]用于结构化填料的示例在W097/16247中示出。W097/16247的结构化填料由沿所设计的流体流动方向接连布置的多个填料元件构成。结构化填料因此形成在柱中层叠于彼此之上的多个填料元件中的一个。每个填料元件包括构造成以面对面关系布置的卷曲材料片的多个填料层。填料层中的每个设置有波纹，所述波纹在片材的相对端之间相对于流体流动的方向倾斜地延伸。在连续的填料元件之间的每个界面处以连续相施加有用于使压力下降减小的器件。用于使压力减小的该器件被布置在界面处或者附近，并且该器件由紧邻界面的波纹的构造上的局部变化构成。每个填料元件的卷曲(crimped)片材的至少一部分具有卷曲角度延伸至界面的至少一部分波纹。填料层具有波纹端部部段，其终止于从波纹端部向波纹的其余部分基本上连续地弯曲的波纹端部部段，从而使得卷曲角度在界面中的至少一个的附近逐渐地变化。此外，抵接在界面处的波纹端部的卷曲角度是平行的，使得离开一个片材的波纹端部中的给定一个的流体流动的角度以相同角度进入邻接填料元件的抵接波纹片材。在中间部分中的填料元件的本体内的卷曲角度基本上是常数，并且逐渐变化的卷曲角度大于该常数。
[0003]与先有解决方案相比，构造的该局部变化所适用的每个填料层的部分已意外地导致降低的压力下降。
[0004]然而，第一和第二端部部分的引入需要更复杂的制造工艺。因此，依据W097/16247的填料层的制造需要逐步的方法，其包括多个形成步骤。一种可能的制造方法在美国6，461，559中公开。该方法涉及将波纹图案成形到条状膜上的第一步骤以及至少第二步骤，其中用于该波纹图案的第一和第二端部部分被成形。第一和第二端部部分由辊形成，所述辊将用于端部部分中的每个的波纹图案施加到在先的波纹片上。波纹图案涉及波纹角度的逐渐变化。多个辊可以相对于片材以顺次关系被布置，因此片材通过辊，以便成形波纹图案。
[0005]根据US 6，461，559的教导，因此有必要预知用于形成主要部分的波纹的片材成形工具和用于施加第一和第二端部部分的逐渐变化的波纹图案的辊工具。
[0006]因此，本发明的目的是提出一种改善的片材成形工具，其允许在单个步骤中完成具有主要部分和至少一个端部部分的波纹片的制造。因此，本发明的一个目的是简化制造工艺。
[0007]在文献EP I 231 051 BI中，已经公开了一种冲压工具，其允许在从其中穿过的金属条上施加折叠和按压操作。该工具包括彼此相对地布置的两个模具。模具中的每个具有基本上对应于结构化的填料层的形状的形状。EP I 231 051 BI的填料层是如W097/16247中公开的波纹片。[0008]操作中，冲压工具的模具是闭合的。由此，片材被俘获在模具之间，并且模具之间的距离基本上对应于片材的厚度。当两个模具被闭合时，压力被施加到片材上。由此，模具的结构被施加到片材上，用以将它成形为波纹片。由于片材在冲压操作期间被俘获在模具之间这个事实，片材受到高的局部应力，特别是在其端部部分。该应力可能导致片材在端部部分的每个中发生局部的弹性变形。因此，在模具已经被打开之后，波纹的形状可能受到变化，原因是由于其部分地恢复为原始形状。与波纹片的主要部分相比，该影响在端部部分处导致次等高度的波纹。如EP I 231 051 BI公开的冲压工具生成具有变化高度的波纹的结构化填料片材。该工具特意允许波纹高度在端部部分更低。
[0009]当波纹片被钉在一起以形成结构化填料时，相邻波纹片彼此接触。如果波纹的高度在端部部分和在主要部分不同，则相邻片材只在主要部分接触。这对由多个这种波纹片形成的结构化填料的稳定性具有负面影响。因此，结构化填料层的对齐变得更困难。此外，可能由于偏移而发生不对称性。这类不对称性可能导致在操作期间经过结构化填料的流体的分布不均，并由此降低质量传递设备的性能。
[0010]因此，本发明的一个目的是增加具有主要部分和至少一个端部部分的波纹片的制造精度，以便提供具有恒定闻度的波纹片。
[0011]波纹片的波纹的高度被定义为波谷与波峰之间的垂直距离(normal distance)。惯常地，波纹的高度在5mm?50mm之间的范围内。
[0012]该目的通过具有下工具元件和上工具元件的用于制造波纹片的片材成形工具来得以实现。上工具元件和下工具元件具有前侧和后侧。片材被布置在下工具元件与上工具元件之间。片材从前侧移动至后侧。下工具元件包括第一基底元件和从所述第一基底元件伸出的第一指状元件。第一指状元件形成用于在片材中形成波峰的第一脊部。上工具元件包括第二基底元件和从所述第二基底元件伸出的第二指状元件，第二指状元件形成用于在所述片材中形成波谷的第二脊部。第一脊部被布置成与第二脊部相对，并且第一脊部相对于第二脊部存在偏移，以便允许第一指状元件和第二指状元件在接合位置接合。第一脊部和第二脊部中的每个包括主要部分和端部部分。主要部分中的第一脊部和第二脊部中的每个与对应前侧之间的角度β至少部分地不同于端部部分中的第一脊部和第二脊部中的每个与对应前侧之间的角度。在接合位置在第一指状元件与相邻的第二指状元件之间设置有空间。该空间在片材进入形状成形工具的平面中被测量。该空间因此是开放空间。当上下工具元件处于它们的接合位置时，该开放空间存在于主要部分以及端部部分之间。片材因此只在形成其顶部部分的指状元件的脊部处从而在峰顶处与上下工具元件接触。在第一指状元件的脊部与第二指状元件的脊部之间，片材不与任一指状元件接触，但是被允许自由地形成在两个相邻顶部部分之间的空间中。
[0013]由形状成形工具形成的填料层因此是波纹片。波纹与质量传递设备的轴线形成倾斜角度S。这种波纹的该倾斜角度δ通常处于10°?70°之间。波纹片具有主要部段和端部部段。主要部段和端部部段中的每个设置有波纹，或在多数情况下设置有多个波纹。端部部段的波纹的倾斜角度不同于主要部段的倾斜角度S。在一实施例中，可以提供第一和第二端部部段。主要部段可以被布置在第一端部部段与第二端部部段之间。第一和第二端部部段的波纹的倾斜角度可以逐渐地变化，而主要部段中的波纹的倾斜角度S可以是恒定的。第一和第二端部部段中的角度的逐渐变化导致波纹与流体流动的主方向形成的角度的减小，所述流体流动的主方向通常对应于质量传递设备的主轴线。在片材的边缘处，角度可以被降低为0°。在该情况下，波纹被取向为平行于质量传递设备的轴线。
[0014]片材可以特别是薄壁金属片材或织物。在接合位置，由于第一和第二脊部的接合，在片材上通过其变形而形成波纹。片材被折叠在第一和第二脊部之上。由此，波状结构被施加到片材上。脊部中的每个形成指状元件的顶部部分。指状元件具有比基底元件更小的厚度。从基底元件到指状元件的厚度过渡涉及台阶。指状元件具有第一面和第二面。第一面被取向为朝向工具的前端。第二面被取向为朝向工具的后端。工具的前端接收将被形成波纹的片材。波纹片工具的后端离开工具。第一面可以至少部分地在与第二面所在的平面平行的平面中延伸。
[0015]在第一与第二指状元件之间提供的空间大于波纹片的厚度。有利地，该空间大于波纹片的厚度的两倍。波纹片一般具有小于2mm的厚度，优选Imm或更小。在一特别优选的实施例中，波纹片的厚度在0.1mm到0.2mm(包括0.2mm)的范围内。该空间大于2mm,特别大于3mm,特别优选大于4_。
[0016]片材在最简单的型式中可以由钢制成。根据通过波纹片的流体的化学成分，当在质量传递设备中操作时，片材也可以由钛、铝、铜或其合金制成，或者被涂覆有比如陶瓷涂层等涂层。片材可以包括丝网(gauze)，特别包括金属线材丝网。复合材料丝网可以作为替代而被施加，这种复合材料丝网包括金属线材和非金属材料的线材。对于非金属材料，可以采用任何类型的碳基材料。根据一替代实施例，可以采用玻璃或玄武岩。因此，特别地，可以采用有机成分，比如聚合物。这类聚合物可以包括如被采用来用于织物材料的聚酯、硅树月旨、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸酯(polyterephtalate)、聚碳酸酯、聚交酯,这仅是举几个新示例。
[0017]第一和第二脊部的形状是相同的。然而，由于第二脊部被布置在工具中与第一脊部相对这个事实，第二脊部被布置成镜面对称布置，第二脊部偏移达两个相邻第一脊部之间的距离的一半。在一实施例中，多个第一脊部和/或多个第二脊部可以被预知，因此第一和第二脊部中至少一者的多个可以被预知。
[0018]第一和第二脊部中的每个可以具有第一端部部分和第二端部部分。第一和第二端部部分从主要部分延伸。前侧与所述第一脊部或第二脊部之间的角度在第一和第二端部部分中的至少一个中可以逐渐变化。特别地，前侧与第一脊部或第二脊部之间的角度在主要部分中可以是恒定的。因此，邻近主要部分的第一或第二端部部分的角度与主要部分的角度对应，而在前侧与第一和第二脊部之间的第一或第二端部部分的边缘处的角度可以降低为0°。由此，相对于横向片材边缘，相邻于端部部分的片材的边缘处的波纹角度接近90°，或者可以甚至达到90°。第一和/或第二横向片材侧平行于片材通过片材成形工具的前进方向。如果片材被用作用于布置在质量传递设备中的结构化填料的层，则在片材的第一和/或第二横向侧的波纹平行于柱主轴线延伸，因此在多数情况下是在垂直方向上。
[0019]第一或第二脊部可以具有倒圆顶部部分。由此，与在顶部部分被形成为尖峰的情况下相比，在顶部部分处的局部弯曲应力可以被更好地分布。如果倒圆顶部部分被预知至少在第一和第二端部部分中，则片材可以围绕顶部部分平稳地配合，由此采用顶部部分的精确形状。在一实施例中，端部部分处的倒圆顶部部分具有的曲率半径大于主要部分的曲率半径。曲率半径的逐步或连续的变化导致特别有利的轮廓，原因是由于以下事实:通过折叠来获得波纹以及通过弯曲来获得波纹的角度的逐渐变化而被施加到片材上的组合应力可以被更好地分布。因此，从主要部分的恒定角度的波纹到一个端部部分或多个端部部分中的可变角度的波纹的过渡是平滑的。由此，获得恒定高度的波纹。如果这种波纹将被采用来作为结构化填料的层，则这种层沿着波纹的峰顶在层的整个表面之上与相邻层接触。使用中，结构化填料的层在波纹片的整个表面之上与相邻层接触。这种结构化填料的质量传递可以在受控状况下得到执行。能够避免通过形成结构化填料的层的波纹片的表面的流体中的任一个的任何分布不均。
[0020]在一实施例中，倒圆顶部部分的曲率半径从端部部分向第一或第二脊部的主要部分连续地减小。
[0021]第一或第二脊部具有将倒圆顶部部分连接至基底元件的直的部分。
[0022]直的部分具有的厚度小于基底元件的厚度。在第一指状元件与第二指状元件之间在它们的接合位置预知一距离。第一指状元件和所述第二指状元件的高度在整个主要部段以及第一和第二端部部段中保持基本上恒定。指状元件的第一和第二端部部段和主要部段的高度相差不大于1%。
[0023]一种用于制造波纹片的方法涉及这样一个步骤，其中片材根据前述实施例中的任一个前进到片材成形工具中。然后，通过将第一指状元件朝向第二指状元件移动到接合位置，来闭合片材成形工具。由此，片材被折叠在对应第一指状元件和第二指状元件的第一脊部和第二脊部之上。接下来，通过将第一指状元件移动远离第二指状元件来打开片材成形工具，并从片材成形工具取出波纹片。然后，再次前进片材，并重复以上指出的方法步骤。片材成形工具的第一脊部和第二脊部中的每个包括主要部分和端部部分，并且主要部分中的第一脊部和第二脊部中的每个与对应前侧之间的角度β至少部分地不同于端部部分中的第一脊部和第二脊部中的每个与对应前侧之间的角度。在接合位置在第一指状元件与相邻的第二指状元件之间设置有空间。
[0024]根据一实施例的波纹片包括主要部段以及第一端部部段和第二端部部段，并且第一端部部段和第二端部部段与主要部段一起通过被放置于接合位置的第一脊部和第二脊部形成。
[0025]形状成形工具的指状元件的第一和第二端部部分只占片材的高度的一小部分，从而只占片材或波纹片的第一横向侧与第二横向侧之间的距离的一小部分。根据一实施例，主要部分占片材的高度的至少40%，优选地占片材的高度的至少60%。或者换言之，根据本实施例，主要部段占波纹片100的高度的至少40%，优选占波纹片100的高度的至少60%。
[0026]通过该方法制造的主要部段中的波纹的高度与端部部段中的波纹的高度相差不大于5%，优选地不大于3%，特别优选不大于1%，尤其不大于0.1%，这是意外的，因为采用片材成形工具的单个步骤制造方法与现有技术方法相比提供更少的控制可能性。现有技术方法需要通过冲压工具向整个片材冲压主要部段的波纹，并在后续单独步骤中提供第一和第二端部部段的修改结构。在该后续步骤期间，波纹片受到辊的作用，所述辊通过将片材弯曲到一定程度使得波纹基本上取向为正交于片材的横向侧中的每个，来施加波纹的修改。
[0027]下面将参考示例性实施例的附图来更详细地说明本发明:
图1以透视图示出了工具的下部，
图2示出了处于打开位置的工具的下部和上部， 图3示出了图2中的截面P-P，
图4示出了图2中的截面Q-Q，
图5a示出了片材，
图5b示出了工具的下部的视图，
图5c示出了波纹片，
图6不出了工具的上部的视图，
图7示出了质量传递设备和布置在其中的结构化填料，
图8示出了图1的工具的下部的视图，
图9示出了根据第二实施例的工具的下部和上部的截面，
图10示出了根据第三实施例的工具的下部和上部的截面。
[0028]图1的片材成形工具以透视图示出，其上部被省略了，以为简洁之故，并且为了能够示出该工具的在常态下隐藏的元件。下工具元件40具有多个第一基底元件2、4、6、8和第一指状元件3、5、7、9以及支承结构10。第一基底元件和第一指状元件中的每个是单体件(unitary piece)。第一基底元件和第一指状元件被布置成基本上平行的布置。它们由支承结构10支承。此外，还设置有多个第三指状元件17、19，其被连接至第三基底元件16、
18。第三指状元件17、19可以被设置成以更精确的方式来形成主要部段的波纹，但这绝不是强制性的。
[0029]第一指状元件3、5、7、9形成用于在片材90中形成波峰的第一脊部22、24、26、28，所述片材90在片材成形工具处于操作中时被放置到第一脊部上。这在图3、图4和图8中示出。
[0030]在根据图1或图8的实施例中，片材90相对于主要部分20的前侧以角度α被供给到形状成形工具中。片材90 —般为矩形形状，并具有前缘97、第一横向侧94和第二横向侧95。片材通常形成环带(或无端带,endless band)的一部分。片材90被形状成形工具转变成波纹片100。波纹片100被切割至所需宽度，因此除前缘97外还具有后缘98。前缘97与后缘98之间的最短距离是填料层(packing layer)的宽度。该距离在位于波峰与波谷之间的中间距离处的平面中测得。第一横向侧94与第二横向侧95之间的距离通常被称为填料层的高度。波纹的波峰与波纹的相邻波谷之间的距离是波纹96的高度。
[0031]由形状成形工具I形成的填料层因此是波纹片100。波纹与质量传递设备(masstransfer apparatus)的主轴线形成倾斜的波纹角度δ ,如图7所示。对于图1或图8的填料层而言，在第一横向侧94或者第二横向侧95在填料的边缘处形成脊部的曲线的切线基本上平行于质量传递设备的主轴线。表示这种波纹的倾斜度的波纹角度S —般处于10°?70°之间。波纹片100具有主要部段91以及第一端部部段92和第二端部部段93。主要部段91以及第一和第二端部部段92、93中的每个都布置有多个波纹。第一和第二端部部段92、93中的每个的波纹的倾斜角度不同于主要部段91的倾斜角度δ。主要部段91被布置在第一端部部段92与第二端部部段93之间。第一和第二端部部段92、93的波纹的逐渐变化，而主要部段91中的波纹的倾斜角度δ是基本上恒定的。第一和第二端部部段92、93中的角度的逐渐变化导致波纹所形成的角度的减小，且填料片材的轴线平行于流体流动的主方向，其通常在方向上但并非必须在位置上对应于图7的质量传递设备的主轴线，因为结构化填料可以由在质量传递设备中彼此邻接布置的多个砖块构成。质量传递设备的主轴线正交于波纹片100的第一横向侧94和第二横向侧95。在片材的第一横向侧94处或者在片材的第二横向侧95处，角度可以减小为0°。在该情况下，波纹在第一横向侧94和第二横向侧95处取向成平行于质量传递设备的轴线。
[0032]图2示出了处于打开位置的上工具元件50以及下工具元件40。上工具元件50具有两个第二基底元件12、14和从所述第二基底元件12、14伸出的两个第二指状元件13、15。第二指状元件13、15形成用于在片材中形成波谷的第二脊部32、34，这在该图2中未示出。第一脊部22被布置成与第二脊部32、34相对，并且第一脊部与第二脊部32、34之间存在偏移，以便允许第一指状元件3和第二指状元件13、15在接合位置接合。第一脊部22和第二脊部32、34中的每个包括主要部分20以及第一端部部分11和第二端部部分21。
[0033]根据本实施例，主要部分20占高度的至少60%，优选占高度的至少75%。或者换言之，根据本实施例，主要部段91占波纹片100的高度的至少60%，优选占高度的至少75%。
[0034]图3示出了在图2的位置P-P处的截面。截面P-P位于主要部分20内。第一脊部22被示出为与第二脊部32、34处于接合位置。波纹片100的主要部段91被成形在接合位置。
[0035]紧接着倒圆顶部部分的是将倒圆顶部部分连接至基底元件的直的部分。第一脊部具有波峰以及从所述波峰延伸并形成所述第一指状元件3的尖端的第一和第二侧面。紧接着所述第一指状元件3的尖端的是本体，其有利地成形为直的部分。这意味着第一和第二侧面被布置成彼此平行。直的部分具有的厚度小于基底元件的厚度。
[0036]第二指状元件13、15与第一指状元件3具有相同的结构。相邻第二指状元件的相对侧面之间的距离大于第一指状元件的直的部分的厚度。因此，第一指状元件可以伸出到提供于相邻第二指状元件的相对侧面之间的空间中。突部的深度基本上对应于接合位置，并且基本上等于波纹96的高度。它是波纹的高度减去片材的两倍厚度。然而，它以某种方式对应于即它取决于波纹高度，或者它是波纹高度的函数。这意味着在第一脊部22的波峰与第二脊部32、34的波峰之间，波纹可以自由地采用其形状。
[0037]第二基底元件12、14的厚度大于对应第二指状元件13、15的厚度。如果第二基底元件12、14沿它们的公用侧面处于接触关系，则它们的厚度大于第一指状元件3的两倍厚度。根据图3的实施例，第一指状元件3和第二指状元件13、15具有相同的厚度。第一基底元件2和第二基底元件12、14也具有相同的厚度。
[0038]根据一个实施例，指状元件之间的距离可以是可变的。作为再一可选方案，相邻指状元件之间的距离通过间隔元件获得，比如如图9或图10中所示。
[0039]图4不出了图2的截面Q-Q。截面Q-Q位于第一脊部22的第一或第二端部部分
11、21内，其示出为与第二脊部32、34处于接合位置。在图4中，波纹片100的第一端部部段92被成形在第一脊部22与第二脊部32、34的接合位置中。基底元件和指状元件的布置对应于如协同图3所描述的布置。然而，第一指状元件3和第二指状元件具有倒圆的顶部部分。因此，第一脊部22和第二脊部32、34的波峰具有比图3的波峰更大的曲率半径。因此，在第一和第二端部部分11、21中的每个处的倒圆顶部部分可以具有比主要部分20的曲率半径更大的曲率半径。从例如在图3中示出的顶部部分和例如在图4中示出的顶部部分的形状的过渡可以逐渐地改变。另一种可选方案是，过渡可以是台阶式的。在图2中，第一和第二端部部分11、21中的每个被细分成两个子部段。在图2的最外侧子部段中的顶部部分的曲率半径大于在第一和第二端部部分11、21的最内侧子部段中的顶部部分的曲率半径。第一和第二端部部分11、21的最内侧子部段中的顶部部分的曲率半径大于主要部分20的顶部部分的曲率半径。
[0040]图5a示出了片材90的一部分的视图。片材90具有前缘97和第一横向侧94以及第二横向侧95。第一横向侧94和第二横向侧95被布置成与前缘97呈90°的角度。片材还具有后缘(其未示出)。片材可以是带，其可以从辊(也未示出)被供给。
[0041]图5b示出了根据再一实施例的工具的下部的视图。下工具元件具有支承结构10，所述支承结构10具有前侧23和后侧25以及第一指状元件3、5、7和第一基底元件2、4、6。第一指状元件3、5、7由单根线条表示。这些指状元件可以与图3或图4所示的指状元件3为相同形状。
[0042]上下工具元件的脊部、指状元件和基底元件中的每个形成主要部分20以及第一端部部分11和第二端部部分21。
[0043]主要部分20中的第一脊部22、24、26或者第二脊部32、34中的每个与对应前侧23,33之间的角度β，36至少部分地不同于第一和第二端部部分11、21中的第一脊部22、24、26或者第二脊部32、34中的每个与对应前侧23、33之间的角度，并且在接合位置在第一指状元件3、5、7、9与对应的相邻第二指状元件13、15之间设置有空间。
[0044]在包含第一指状元件3、5、7、9的第一脊部22、24、26、28的平面中在主要部分20与片材90的前缘97之间的角度根据本实施例为0°。如果第一和第二端部部分11、21占片材的高度从而占第一横向侧94与第二横向侧95之间的距离的可观一部分，则本实施例可以是特别优选的。根据本实施例，主要部分20占波纹片的高度的最多60%，优选占波纹片的高度的最多50%，特别优选占波纹片的高度的最多30%。
[0045]图5c示出了波纹片100。波纹片100具有前缘97和第一横向侧94以及第二横向侧95。第一横向侧94和第二横向侧95被布置成与前缘97呈90°的角度。片材还具有后缘98。该后缘98是通过将波纹片100切割成所需宽度而获得的。为此目的的切割工具在US 6，500，048 公开。
[0046]图6示出了用于获得如图5c所示的波纹片的工具的上侧部分的视图。图6以翻转的图示示出。当在布置上被翻下用以形成处于图2的位置中的形状成形工具的上侧部分时，从上方会看见其外侧。上工具元件50包括由连接至第二基底元件12、14的第二指状元件13、15形成的第二脊部32、34。为了简洁的原因，第二指状元件13、14只呈现为线条，但是它们具有如图3或图4所示的厚度。第二指状元件13、14中的每个与对应的第二基底元件12、14形成单元。上工具元件50进一步具有支承结构30。此外，片材成形工具具有前侧33和后侧35，所述前侧33朝待被供给至工具的片材90取向，在所述后侧35处，图5c的波纹片100离开片材成形工具。
[0047]主要部分20中的第二脊部32、34中的每个与对应前侧33之间的角度β，36至少部分地不同于第一和第二端部部分11、21中的第二脊部32、34中的每个与对应前侧33之间的角度。
[0048]图7示出了质量传递设备110，比如柱或者塔，用于在较高密度的下降流体111与较低密度的流体112之间进行质量传递，所述较低密度的流体112沿较高的流体111的相反流向流动，从而在质量传递设备内上升。两流体的流动的主方向由相应的箭头示出。流体中的每一种可以是气体或者液相中的一种。
[0049]质量传递设备具有上端113 (也称为头部)和下端114 (也称为贮池)。在上端与下端之间，预知圆柱形部段115。该圆柱形部段可以包含至少一个结构化填料，在许多情况下为多个结构化填料。在图7中，预知第一结构化填料116、第二结构化填料117和第三结构化填料118。相邻填料通常围绕它们的轴线翻转90°，所述轴线是已在图7中被省略的特征，以为简洁之故。结构化填料中的每个由多个层构成，所述多个层由波纹片100形成。相邻波纹片被定位成彼此交叉。在图7中，第二波纹片120由虚线显示，其被布置在第一波纹片100后，当质量传递设备在包含其中心轴线119的平面中被切开时，所述第一波纹片100是可见的。波纹片100、120被布置成平行于中心轴线，这里为垂直方向。波纹片100具有主要部段91、第一端部部段92和第二端部部段93。波纹片100的主要部段91的波纹具有恒定的倾斜度，并且被布置成相对于中心轴线119呈波纹角度δ。第二波纹片120的主要部段91的波纹具有恒定的倾斜度，并且被布置成相对于中心轴线119呈波纹角度Y。为了获得横穿结构化填料的截面的流体的规则分布，角度Y等于-S (负δ)。截面是填料在正交于中心轴线119的平面中的尺寸。
[0050]质量传递设备110具有流体入流或者进流121，其通过在质量传递设备中进行的质量传递被分成头部产物122和贮池产物125。对于蒸馏设备而言，进流口被定位在柱的底部与顶部之间的某处。较低密度的蒸发流体112作为头部释放物124从质量传递设备的上端113被释放。头部释放物124在冷凝器128中至少部分地冷凝。当涉及蒸馏设备时，冷凝的头部释放物作为头部回流123被部分地循环回到质量传递设备中。当涉及蒸馏外的其它质量传递操作时，该头部回流通过直接供给较高密度的流体来生成。有必要通过提供流体来沿第一结构化填料116的波纹片下降，从而保持质量传递设备处于连续操作中。较高密度的流体被聚集在质量传递设备的下端114中。贮池释放物127离开下端114，并且在蒸馏设备的情况下作为蒸发的贮池回流126被至少部分地循环回到质量传递设备中，用以提供较低密度的流体来在第三结构化填料118中进行质量传递。贮池回流126是通过在再沸器(reboiler) 129中部分蒸发贮池释放物127来获得的。
[0051]当涉及蒸馏外的其它质量传递操作时，较低密度的流体从底部供给流直接获得。贮池释放物127的其余部分作为贮池产物离开质量传递设备。再沸器和冷凝器是热交换器。较低密度的流体和较高密度的流体在质量传递设备内的分布可以用分配器来进行，其在图7中未示出。结构化填料中的每个被适当的器件支承在圆柱形部段的壁内，所述适当的器件比如为松紧环(loose collars)或者支承梁，适于质量传递设备的直径即可，所述质量传递设备的直径可以在IOcm?5m的范围内。如果质量传递设备是蒸馏设备，则较低密度的流体是气相，而较高密度的流体是液相。如果质量传递设备是萃取设备(extractionapparatus)，则较低密度的流体是较轻液体,而较高密度的流体是较重液体。
[0052]图8是只在预知的脊部数量和只预知单个第三指状元件方面不同于图1的实施例的视图。本实施例示出了形状成形工具I的下工具元件40的视图。该下工具元件包含第一指状元件3、5、7，所述第一指状元件3、5、7包括第一脊部22、24、26。第一指状元件连接至第一基底元件2、4、6。指状元件形成终止于脊部的突部。上工具元件的指状元件可以被至少部分地引入到形成于各指状元件之间的空隙中。上工具元件和下工具元件至少部分地接合，用于将波纹形成到片材上，用以向片材上施加波纹图案。下工具元件具有主要部分20，其具有前端41和后端42。前端41被布置成平行于后端42。
[0053]片材90的第一或第二横向侧94、95与正交于包含下工具元件的主要部分20的前端41的平面的线相对于彼此包括角度α。该角度在包含第一指状元件3、5、7的第一脊部22、24、26的平面中测得。角度α可以处于从0°到高达80°的范围中。随着片材90在通过形状成形工具I时改变其前进方向，波纹片以角度?离开形状成形工具，该角度?在本例中大约相同于波纹角度S。角度α大于角度ζ。
[0054]与图5a_5c或图6的实施例相比，本实施例允许在相当程度上减小形状成形工具的尺寸。因此，对于形状成形工具的制造而言，需要减少的材料量。形状成形工具内置于冲压机中，所述冲压机包含用于打开和闭合上工具元件40和下工具元件50的驱动器件。一方面，由于形状成形工具的尺寸得到减小的事实，用于冲压机和形状成形工具的材料和制造成本得到降低。形状成形工具也在重量上得到减轻。因此，另一方面，由于上下工具元件40,50的重量减轻的事实，操作成本得到降低。由此，用以将上和/或下工具元件移动进出接合位置的力得到减小，这带来可观的节能以及形状成形工具的寿命的增加。另外，由于力的减小，可以设计较小的冲压机，其附加地导致投资成本降低以及所需生产空间的减小。
[0055]片材90的宽度由箭头99表示。该宽度是第一横向侧94与第二横向侧95之间的垂直距离。波纹片100的宽度由箭头101表示。片材99的宽度因此大于波纹片101的宽度。根据一种优选实施例，如果片材99的宽度是240mm，则波纹片101的宽度可以在195mm~220mm的值之间变化，这取决于波纹的类型，从而取决于波纹的波纹角度δ和高度以及波纹的节距，从而取决于波纹的两个相邻峰顶之间的距离。
[0056]图9示出了位于主要部分20内的位置处的类似于图2的指状元件的截面。第一脊部22被示出为与第二脊部32、34处于接合位置。波纹片100的主要部段91被成形在接合位置。紧接着指状元件的倒圆顶部部分的是将倒圆顶部部分连接至基底元件的直的部分。此外，指状兀件3、13、15和对应基底兀件2、12、14的厚度是相同的。在相邻基底兀件之间设置有间隔元件60。根据图中未示出的一种变型，指状部之间的距离可以是可变的。
[0057]图10示出了类似于图2的指状元件的截面。该截面位于第一脊部22的第一或第二端部部分11、21内，其示出为与第二脊部32、34处于接合位置。在图10中，波纹片100的第一端部部段92被成形在第一脊部22与第二脊部32、34的接合位置中。基底元件和指状元件的布置对应于如协同图3所描述的布置。然而，第一指状元件3和第二指状元件具有倒圆的顶部部分。因此，第一脊部22和第二脊部32、34的波峰具有比图3的波峰更大的曲率半径。因此，在第一和第二端部部分11、21中的每个处的倒圆顶部部分具有比主要部分20的曲率半径更大的曲率半径。此外，可以在指状元件3、13、15与对应的基底元件2、
12、14之间提供台阶式过渡。在上下工具元件中至少一个上的相邻基底元件之间设置由间隔元件70。另一种可选方案是，可以如图9所示那样设置单个间隔元件。间隔元件可以为可变的宽度，由此能够塑造多种不同的波纹。如果间隔元件具有小宽度，则波纹片上相邻波峰之间的距离将减小，并且能够获得更陡斜率的波纹。
[0058]基于这些示例性实施例，许多变型是有可能的。因此，工具可以具有任何所需的长度。上工具或者下工具中的每个中的指状元件的数量可以变化，并且不同于图1-图6所示的实施例。此外，工具可以具有模块式设计。因此，可以预知多个支承结构。指状元件和基底元件中的每个可以形成为单体件，或者可以由多个件构成。另一种可选方案是，指状元件和基底元件中的每个可以形式具有它们自身的支承结构的一体件。该布置具有以下优点:能够通过简单的组装或者拆卸步骤，容易地添加或者去除单个指状元件。
【权利要求】
1.一种用于制造波纹片的片材成形工具(I)，具有下工具元件(40)和上工具元件(50)，所述上工具元件和所述下工具元件中的每个具有前侧(23、33、41)和后侧(25、35、42)，其中所述下工具元件(40)包括第一基底元件(2、4、6、8)和从所述第一基底元件(2、4、6、8)伸出的第一指状元件(3、5、7、9)，所述第一指状元件(3、5、7、9)形成用于在片材中形成波峰的第一脊部(22、24、26、28)，其中所述上工具元件(50)包括第二基底元件(12、14)和从所述第二基底元件(12、14)伸出的第二指状元件(13、15)，所述第二指状元件(13、15)形成用于在所述片材中形成波谷的第二脊部(32、34)，且所述第一脊部(22、24、26、28)被布置成与所述第二脊部(32、34)相对，并且所述第一脊部(22、24、26、28)相对于所述第二脊部(32、34)存在偏移，以便允许所述第一指状元件(3、5、7、9)和所述第二指状元件(13、15)在接合位置接合，并且所述第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个包括主要部分(20)和端部部分(11、21)，并且所述主要部分(20)中的所述第一脊部(22、24、26,28)和第二脊部(32、34)中的每个与对应前侧(23、33、41)之间的角度β(36)至少部分地不同于所述端部部分(11、21)中的所述第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个与对应前侧之间的角度，并且在所述接合位置在所述第一指状元件(3、5、7、9)与相邻的第二指状元件(13、15)之间设置有空间。
2.如权利要求1所述的工具，其中，所述第一脊部(22、24、26、28)被布置成相对于所述第二脊部(32、34)处于镜面对称布置。
3.如权利要求1或权利要求2所述的工具，其中，所述第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中至少一者的多个是预知的。
4.如权利要求1~3中任一项所述的工具，其中，所述第一脊部和第二脊部中的每个具有第一端部部分(11)和第二端部部分(21)。
5.如权利要求4所述的`工具，其中，所述前侧(23、33)与所述第一脊部(22、24、26、28)或者所述第二脊部(32、34)之间的角度在所述第一端部部分和第二端部部分(11、21)中的至少一个中逐渐变化。
6.如权利要求4所述的工具，其中，所述主要部分(20)中的所述第一脊部(22、24、26、28)或者所述第二脊部(32、34)与所述前侧(23、33)之间的角度β(36)是恒定的。
7.如前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述第一指状元件或者所述第二指状元件具有倒圆顶部部分。
8.如权利要求7所述的工具，其中，所述端部部分(11、21)处的倒圆顶部部分具有的曲率半径大于所述主要部分(20)的曲率半径。
9.如权利要求8所述的工具，其中，所述倒圆顶部部分的曲率半径从所述端部部分(11、21)向所述主要部分(20)连续地减小。
10.如前述权利要求7~9中任一项所述的工具，其中，紧接着所述倒圆顶部部分的是将所述倒圆顶部部分连接至所述基底元件的直的部分。
11.如权利要求10所述的工具，其中，所述直的部分的厚度小于所述基底元件的厚度。
12.如前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述第一指状元件(3、5、7、9)和所述第二指状元件(13、15)的高度在整个主要部段以及第一和第二端部部段中保持基本上恒定。
13.一种用于制造波纹片(100)的方法，其中使片材(90)前进到片材成形工具(I)中，所述片材成形工具(1)具有下工具元件(40)和上工具元件(50)，所述上工具元件和所述下工具元件中的每个具有前侧(23、33、41)和后侧(25、35、42)，其中所述下工具元件(40)包括第一基底兀件(2、4、6、8)和从所述第一基底兀件(2、4、6、8)伸出的第一指状兀件(3、5、7、9)，所述第一指状元件(3、5、7、9)形成用于在片材中形成波峰的第一脊部(22、24、26、28)，其中所述上工具元件(50)包括第二基底元件(12、14)和从所述第二基底元件(12、14)伸出的第二指状元件(13、15)，所述第二指状元件(13、15)形成用于在所述片材中形成波谷的第二脊部(32、34)，且所述第一脊部(22、24、26、28)被布置成与所述第二脊部(32、34)相对，并且所述第一脊部(22、24、26、28)相对于所述第二脊部(32、34)存在偏移，以便允许所述第一指状元件(3、5、7、9)和所述第二指状元件(13、15)在接合位置接合，通过使第一指状元件(3、5、7、9)朝第二指状元件(13、15)移动到接合位置来闭合所述片材成形工具(1)，使得所述片材(90)在对应的第一指状元件(3、5、7、9)和第二指状元件(13、15)的第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)之上被折叠，然后通过使所述第一指状元件(3、5、7、9)移动远离所述第二指状元件(13、15)来打开片材成形工具(1)，并将所述波纹片(100)从所述片材成形工具释放出来，并且所述第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个包括主要部分(20)和端部部分(11、21)，并且所述主要部分(20)中的所述第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32,34)中的每个与对应前侧(23、33、41)之间的角度β(36)至少部分地不同于所述端部部分(11、21)中的所述第一脊部(22、24、26、28)和第二脊部(32、34)中的每个与对应前侧之间的角度，并且在所述接合位置在所述第一指状元件(3、5、7、9)与相邻的第二指状元件(13、15)之间设置有空间。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述波纹片(100)包括主要部段(91)以及第一端部部段(92)和第二端部部段(93)，并且所述第一端部部段和第二端部部段(92、93)与所述主要部段(91) 一起通过被放置于接合位置的所述第一脊部和第二脊部(22、24、26、28、32,34)形成。
15.一种波纹片，通过如权利要求13、14所述的方法制成，其中主要部段中的波纹的高度与端部部段中的波纹的高度的区别不大于5%。
【文档编号】B21D13/02GK103842108SQ201180072405
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2011年7月21日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】陈锦华, 盛晓磊, 李扬, L.乔图特桑 申请人:苏舍化学技术有限公司