DE602004005885T2

DE602004005885T2 - Verfahren zur herstellung von verbundkörpern aus blähgraphit und vermiculit

Info

Publication number: DE602004005885T2
Application number: DE602004005885T
Authority: DE
Original assignee: 6T-MIC INGENIERIES; 6T MIC INGENIERIES
Current assignee: 6T-MIC INGENIERIES; 6T MIC INGENIERIES
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: CA2541441A1; EP1682463B1; WO2005035463A1; BRPI0414911A; ATE359243T1; PT1682463E; FR2860512A1; FR2860512B1; EP1682463A1; DE602004005885D1; CN1863747A; IL174575A0; ES2285569T3; CN100415685C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundgegenständen, die mindestens zwei getrennte Teile umfassen, die unterschiedliche oder sogar antagonistische Eigenschaften und/oder Funktionen haben.
Diese unterschiedlichen Eigenschaften und/oder Funktionen zwingen einerseits dazu, für die Ausführung der besagten Objektteile verschiedene Werkstoffe zu verwenden, und andererseits führen sie zu häufig komplexen und langwierigen Herstellungsverfahren, die insbesondere getrennte Ausführungsschritte der beiden Objektteile mit anschließender Montage der besagten Teile einschließen.
Als Beispiele von bekannten Verbundgegenständen können ebenso verschiedene wie unterschiedliche Gegenstände wie die folgenden genannt werden:

– Die elektrochemischen Zellen, die einerseits zwei Elektroden umfassen, die insbesondere elektronisch leitende und wasserabweisende Eigenschaften aufweisen, und andererseits ein Ionentauschermedium, wie zum Beispiel Wasser oder eine poräse Membran mit ionischer (und nicht elektronischer) Leitfähigkeit und wasseranziehenden Eigenschaften, wobei dieses Medium die Elektroden trennt und eine elektrolytische Lösung einbindet. Es ist insbesondere die im WO 02/069415 beschriebene elektrochemische Zelle bekannt, deren Elektroden jeweils von einer weichen Graphitfolie gebildet werden, die aus gewalztem Blähgraphit erarbeitet wird (einaxiale Verdichtung zwischen den Druckwalzen in einer mit („c") bezeichneten Richtung), wonach die Folie einen Tiefziehvorgang durchläuft, bei dem ihre (ursprünglich parallelen) Kohlenstoffebenen verformt werden und in der Richtung „c" verlaufende Querrohre anlegt, um die Nachteile wettzumachen, die sich aus der Anisotropie des Papyex^® (elektronischer und thermischer spezifischer Widerstand in der Richtung „c") ergeben. Anschließend durchläuft die Fläche der Folie, die mit der Ionentauscher-Membran in Berührung kommen soll, noch verschiedene Behandlungen: Katalytische Behandlung durch Niederschlag eines katalytischen Metalls (Edelmetalls wie zum Beispiel Platin), wasserabweisende Behandlung mit einem wasserfesten Zusatz wie zum Beispiel fluorierte Polymere (und insbesondere Polytetrafluoroethylen, das sogenannte Teflon^®).

Ferner wird die Ionentauscher-Membran ausgehend von Glasgeweben, porösen Polyolefinen wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, ... hergestellt. Danach müssen die Membran und die Elektroden montiert werden. Es ist klar, daß die Ausführung einer solchen Zelle komplex und langwierig ist (hohe Anzahl von Vorgängen und Behandlungen); Sie macht große und kostspielige Anlagen erforderlich, und es werden viele Werkstoffe eingesetzt (verschiedene Polymere, Edelmetalle, ...);

– Die Gießformen der Gießtechnik, die zum Gießen der Metallteile aus Legierungsschmelzen benutzt werden, und die einen inneren feuerfesten Teil haben, der mit der Legierungsschmelze in Berührung kommen soll. Es kann von Vorteil sein, solche Gießformen mit einem isolierenden äußeren Teil zu versehen, damit mit ihnen bei Gießvorgängen ohne Verbrennungsgefahr umgegangen werden kann. Es sind insbesondere die Sandformen oder solche mit einem anderen feuerfesten kieselfreien Material (Zirkon, Chromit, Olivin, Bauxit) bekannt. Eine solche Gießform besteht aus zwei Teilen, von denen jeder deutlich einer Hälfte eines Modells entspricht, das durch Sandverdichtung in einem Formkasten reproduziert werden soll. Somit wird der Sand zwischen dem Formkasten und dem Modell gefestigt, und dann wird das Modell entfernt. Die Kohäsion des Sandes wird mit einem Bindemittel gewährleistet, das insbesondere unter feuchtem Ton, Siliziumgels, synthetischen Harzen, Zementen, ... gewählt wird, oder durch Verbindungen keramischer Art, die bei Hochtemperatur geschaffen werden. Dann wird der Formkasten mit einem äußeren Isolierkasten versehen. Es muß darauf hingewiesen werden, daß abgesehen vom Komplexheitsgrad eines solchen Verfahrens auch der Umgang mit Sand lästig und gefährlich ist, (die flüchtigen Silikatpulver zwingen zum Tragen einer Maske), und daß der gewiß feuerfeste Sand etwas benachteiligende Eigenschaften hat: Durch seine Kornstruktur werden Gießformen mit grobem Oberflächenzustand erzielt, die mit zusätzlichen Arbeiten zum Finish nachbehandelt werden müssen (zum Beispiel Schleifen); Durch seine thermischen Eigenschaften kann die Geschwindigkeit der Abkühlung der Legierungsschmelze nicht kontrolliert werden, und sie können den Gießvorgang der Legierung schwierig gestalten und eventuell die mechanischen Eigenschaften des erzielten Gußteils verschlechtern; Eine Sandform wird nur einmal benutzt, und durch die vorhandenen Bindemittel wird die Wiederaufbereitung des Sandes schwierig oder sogar unmöglich;
– Die heliothermischen Wandler, die die Sonnenstrahlen in Wärmeenergie umwandeln sollen, und die gewöhnlich folgende Teile umfassen:
– Eine Absorptionsplatte, die geeignet ist, die Wärmestrahlung der Sonne zu absorbieren und die Wärme zu leiten, die im allgemeinen aus Kupfer realisiert ist, und deren den Sonnenstrahlen ausgesetzte Fläche, die sogenannte Absorptionsfläche, durch anodische Oxydation mit schwarzem Chrom (sehr giftig) behandelt wird, damit ein verbesserter Absorptionskoeffizient und bessere Selektivität entstehen;
– Einen unter der Platte gestalteten Wärmetauscher, der aus einem Röhrensystem gebildet wird, welches das wärmeführendes Medium transportiert. Das Rohr/Die Rohre des Kreises ist/sind auf der der Absorptionsfläche entgegengesetzten Fläche der Platte, der sogenannten Transferfläche, aufgeschweißt. Die wirklich dem Wärmetausch dienende Oberfläche ist auf die Kontaktzone zwischen dem Rohr/den Rohren und der Transferfläche begrenzt, und diese Zone ist linear bei einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt,
– Einen Kasten, in dem die Platte und der Tauscher untergebracht sind, und von dem eine zur Sonne gerichtete Fläche für Sonnenstrahlen transparent und bevorzugt dazu geeignet ist, im Innern des Kastens einen Treibhauseffekt entstehen zu lassen, während die anderen Flächen des Kastens mit einem Isolierkomplex versehen sind, der aus einer Lage Polyurethan-Schaumstoff gebildet wird, die zwischen zwei reflektierenden Aluminiumfolien eingesetzt ist, damit jeglicher Wärmeverlust durch diese Flächen verhindert wird.

Bei dem Komplexheitsgrad eines solchen Gegenstands ist es klar, daß sein Herstellungsverfahren lange dauert und kostspielig ist, denn er umfaßt viele Schritte, benötigt große Anlagen und teure Werkstoffe: Herstellung der Platte durch Gießen, Walzen, ..., anodische Oxydation der Platte, Herstellung des Rohrkreises durch Strangpressen, Biegen, ... verschiedene Rostschutzbehandlungen der Platte und des Kreises, Herstellung des Kastens, Herstellung der reflektierenden Folien, Ausfütterung des Kastens durch Ausschäumung mit Polyurethan und Einbau der reflektierenden Folien, ..., Montage aller Bauteile des Wandlers mit insbesondere dem Aufschweißen des Tauscherkreises auf die Platte ... .
Mit der Erfindung soll ein Herstellungsverfahren für solche Verbundgegenstände vorgeschlagen werden, das einfach, rasch und gering kostspielig ist.
Bei einer bevorzugten Version soll die Erfindung insbesondere ein Verfahren vorschlagen, bei dem zwei getrennte Teile des Gegenstands, die unterschiedliche oder sogar antagonistische Eigenschaften und/oder Funktionen haben, in einem einzigen Vorgang gebildet und montiert werden können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Verbundgegenstände zu liefern, deren bekannte Eigenschaften und/oder Funktionen verbessert sind, und die neue Vorteile bieten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands, der mindestens zwei getrennte Teile umfaßt, die unterschiedliche Eigenschaften und/oder Funktionen haben, dadurch gekennzeichnet, daß:

– Mindestens eine Dicke gebildet wird, die über 70 Gewichtsprozent eines Blähmaterials aufweist, das unter den Blähgraphiten gewählt wird,
– Mindestens eine weitere Dicke gebildet wird, die über 70 Gewichtsprozent eines anderen Blähmaterials aufweist, das unter den Blähvermiculiten gewählt wird,
– Dann die gebildeten Dicken so zusammen verdichtet werden, daß sie konsolidiert werden, wobei jede konsolidierte Dicke einem der Teile des Gegenstands entspricht.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Dicken gleichzeitig oder nacheinander in einer oder einer anderen Reihenfolge je nach dem herzustellenden Gegenstand gebildet werden können. Im Weiteren wird mit dem Begriff „Graphitdicke" eine Dicke bezeichnet, die über 70 Gewichtsprozent eines Blähmaterials enthält, das unter den Blähgraphiten gewählt wird; Desgleichen wird mit dem Begriff „Vermiculitdicke" eine Dicke bezeichnet, die über 70 Gewichtsprozent eines Blähmaterials enthält, das unter den Blähvermiculiten gewählt wird. Wenn erforderlich, wird der konsolidierte oder nicht konsolidierte Zustand der betrachteten Dicke angegeben.
Der Ansatz der Erfindung, der ihre Konzipierung beherrschte, hat somit darin bestanden, einerseits mindestens zwei Blähmateriale für die Ausführung von getrennten Objektteilen mit unterschiedlichen Funktionen und/oder Eigenschaften wählen zu wollen, und andererseits sich vorzustellen, daß es möglich war, getrennte Dicken solcher Materiale zusammen zu verdichten und somit die Konsolidierung jeder Dicke zu erzielen, und dies trotz der unterschiedlichen Strukturen (hinsichtlich der Anordnung der Kristalle, Korngröße, Konsoliderungsmodus, ...), und der mechanischen Strukturen (Verdichtungswiderstand, Viskosität, ...) usw. der besagten Werkstoffe. Die Erfinder haben entdeckt, daß es entgegen jeder Logik sogar möglich war, die jeweilige Dichte der beiden Dicken zu steuern, indem insbesondere das Korngrößenprofil des verwendeten Blähvermiculits gewählt wurde. Somit gelingt es, eine konsolidierte Vermiculitdicke zu erzielen, während die Graphitdicke, – die zuerst konsolidiert wird und vor ihrer Konsolidierung den größten Teil der angewandten Verdichtungskraft absorbiert, – nur eine geringe Dichte in der Nähe ihrer minimalen Dichte bei Konsolidierung aufweist (etwa 30 kg/m³).
Die Erfinder haben auch feststellen können, daß erstaunlicherweise die Verdichtung von zwei angrenzenden Dicken, das heißt, die sich berührende Flächen aufweisen, es ermöglichte, fest miteinander verbundene konsolidierte Dicken zu erzielen, und dies einschließlich im Fall einer Verdichtung in einer einzigen rechtwinkligen zu den besagten Dicken verlaufenden Richtung, das heißt rechtwinklig zu ihrer Schnittstelle. Dieses Ergebnis erscheint überraschend, wenn man bedenkt, daß der Graphit sich zuerst und mit einer geordneten Lamellenstruktur konsolidiert, deren parallele Blättchen gegeneinander gleiten können und dem neuverdichteten Graphit eine Eigenschaft als Schmiermittel verleihen, während die Konsolidierung des Vermiculits erst nach derjenigen des Graphits eintritt und zu einer ungeordneten Struktur führt. Man hätte also erwarten können, daß das Vermiculit, das außerdem noch eine größere Korngröße als diejenige des Graphits aufweist, sich auf der glatten und rutschigen Oberfläche der konsolidierten Graphitdicke nicht verankern kann. Und doch tritt eine feste Verbindung ein, und später wird an der Schnittstelle der konsolidierten Dicken eine leichte Überschneidung der Graphitebenen mit den Vermiculitkörnern festgestellt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit einfachen Vorgängen in geringer Anzahl (Bildung und gleichzeitige Verdichtung der Dicken) zwei getrennte Teile eines Gegenstands ausgeführt werden, die unterschiedliche oder sogar antagonistische Eigenschaften und/oder Funktionen haben. Es können damit insbesondere in einem einzigen Durchgang die Vorgänge der Bildung und der Montage der besagten Teile verbunden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders einfach und rasch; Es erfordert nur wenige Arbeitskräfte.
Es muß außer diesen Vorteilen darauf hingewiesen werden, daß der neuverdichtete Graphit und das neuverdichtete Vermiculit leicht recycelfähig sind (sie müssen nur mit einer Einlagelösung wieder abgelöst werden).
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß sind mindestens zwei der gebildeten Dicken angrenzend. Bei einer Variante werden die Dicken so gebildet, daß sie keinerlei Kontaktfläche aufweisen. Dies ist der Fall, wenn Trennmittel zwischen den besagten Dicken eingesetzt werden (zum Beispiel ein Trennblatt aus einem geeigneten Material), oder wenn der herzustellende Gegenstand außer seinen beiden ursprünglich definierten getrennten Teilen einen dritten Teil umfaßt, der zwischen den beiden ersten liegt, und der zwischen den beiden Dicken plaziert wird, bevor sie verdichtet werden.
Erfindungsgemäß werden die gebildeten Dicken in mehreren Richtungen zusammen verdichtet, und insbesondere in drei rechtwinkligen Richtungen. Bei einer Variante werden die gebildeten Dicken in einer einzigen Richtung verdichtet, und insbesondere in einer deutlich rechtwinkligen Richtung zu einer Frontalebene einer Dicke oder zu einer Schnittstellenebene zwischen den besagten Dicken. Die Wahl zwischen diesen beiden Verfahren hängt im Wesentlichen von den für die Graphitdicke gewünschten Eigenschaften ab: Eine einachsige Verdichtung (in einer einzigen Richtung) der Dicken führt dazu, daß eine stark anisotrope konsolidierte Graphitdicke erzielt wird, (die in der Verdichtungsrichtung „c" erzielten Eigenschaften unterscheiden sich von denjenigen, die in jeder zur Richtung „c" rechtwinkligen Richtung „a" erzielt werden), während eine Verdichtung in allen Richtungen (das zum Beispiel bei der Verdichtung in drei rechtwinkligen Richtungen erzielte Ergebnis) dazu führt, daß eine gering anisotrope konsolidierte Graphitdicke erzielt wird. Mit Änderungen der Verdichtungsbelastungen, die auf die Dicken je nach der Richtung angesetzt werden, können die Eigenschaften der konsolidierten Graphitdicke angepaßt und gesteuert werden.
Bei einer Version der Erfindung werden die gebildeten Dicken einem einzigen Verdichtungsvorgang je Richtung unterzogen. Anders ausgedrückt, die Dicken werden ein einziges Mal in jeder Richtung verdichtet.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden die gebildeten Dicken einem einzigen Verdichtungsvorgang unterzogen, ob diese nur in einer einzigen Richtung oder gleichzeitig in mehreren Richtungen verdichtet werden. Die erfindungsgemäße Bildung und die Montage der beiden getrennten Teile des Gegenstands erfolgen in diesem Fall in einem einzigen Durchgang.
Bei einer Variante werden die gebildeten Dicken mehreren getrennten Verdichtungsvorgängen in mindestens einer Richtung unterzogen. In dieser Richtung wird insbesondere eine erste Verdichtung durchgeführt, die geeignet ist, die gebildeten Dicken zu konsolidieren, damit mit ihnen umgegangen werden kann, und später eine zweite Verdichtung, die geeignet ist, einer der besagten Dicken eine gewünschte Dichte zu verleihen (höher als die minimale Konsolidierungsdichte).
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden bei der Verdichtung der gebildeten Dicken auf mindestens einer Fläche, der sogenannten Außenfläche, mindestens einer Graphitdicke Formen mit offenen Hohlräumen gedruckt, die sogenannten Fangformen, die geeignet sind, die Infrarotwellen aufzufangen. Die Fangformen weisen insbesondere mindestens eine frontale Abmessung (Öffnung) von zwischen 1 μm und 1 cm und eine Tiefe von zwischen 1 μm und 5 cm auf. Unter „Außenfläche" wird eine von außerhalb des Gegenstands sichtbare Fläche der Graphitdicke verstanden, so daß sie einer Infrarot-Strahlenquelle ausgesetzt werden kann.
Durch die optische Selektivität und die gute Thermodiffusion des neuverdichteten Blähgraphits kann die Temperatur der konsolidierten Graphitdicke reguliert werden, indem mindestens eine ihrer Außenflächen einer Infrarotstrahlung ausgesetzt wird. Die vorhandenen Fangformen verbessern die Kalorienzuführung durch eine solche Erhitzung durch Strahlung: Eine einfallende Welle, die in das Innere einer Fangform eintritt, erfährt vielfache Reflexionen auf den Flächen gegenüber der Fangform; Schließlich wird die Energie der Welle fast vollständig vom Graphit an einer solchen Fangform absorbiert (der Anteil des einfallenden Flusses, der von der Form nach außen reflektiert wird und also eventuell verlorengeht, ist sehr gering).
Ferner tragen die vorhandenen Fangformen durch Vergrößerung der Oberfläche der Außenfläche ebenfalls dazu bei, nicht nur die Kalorienzuführung zu erhöhen, sondern bei einer Abkühlung der Graphitdicke auch die Kalorienabführung. Die Fangformen verringern schließlich noch die thermische Trägheit der Graphitdicke, die schon durch die wahren Eigenschaften des neuverdichteten Blähgraphits gering sind.
Die gedruckten Fangformen können lineare Abdrucke wie zum Beispiel gerade oder gekrümmte Schlitze, Nuten, Rillen, ... mit kreisförmigem, quadratischem, dreieckigem ... Querschnitt oder auch punktuelle Abdrücke in Pyramiden-, Kegel-, Halbkugel-, Zylinderform (quadratischer oder kreisförmiger Querschnitt) ... sein. Die Geometrie der gedruckten Formen wird je nach den zu absorbierenden Wellenlängen und der für die konsolidierte Graphitdicke gewünschten thermischen Reaktion gewählt.
Beim Verdichten der gebildeten Dicken können auch auf mindestens einer Außenfläche einer Dicke (aus Graphit oder vorzugsweise aus Vermiculit) Fangformen gedruckt werden, die dazu geeignet sind, Schallwellen oder auch elektromagnetische Wellen je nach Bestimmung des Gegenstands zu fangen.
In allen Fällen kann mit der Erfindung ein Gegenstand (oder ein Teil eines Gegenstands) auf einfache, rasche, wirtschaftliche, ... Weise mit Wellenfallen versehen werden, und ohne daß für die zusätzlichen Funktionen des Gegenstands weitere Organe oder Mittel oder ein zusätzlicher Schritt im Herstellungsverfahren zugeführt werden muss. In der Tat werden die Wellenfallen in den Graphit- oder Vermiculitdicken gleichzeitig mit der Konsolidierung dieser Dicken ausgeführt.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß wird als Blähgraphit ein natürlicher, eventuell gemahlener, (aber bevorzugterweise so, wie er nach Ablösung erzielt wird), Blähgraphit verwendet.
Es wird festgehalten, daß die gebildeten Dicken erfindungsgemäß außer den vorher definierten Blähmaterialen noch Zusätze enthalten können, die je nach den Eigenschaften und Funktionen der auszuführenden Teile des Gegenstands unter den Blähmaterialen oder ungeblähten Materialen gewählt werden. Insbesondere kann die Vermiculitdicke unter 30 Gewichtsprozent Zusätze enthalten, die unter dem Perlit, den ausgehend von Oxiden wie SiO₂ oder AI₂O₃ erzielten Blähmaterialen, den Kanditen, Illiten, Smektiten, Kaoliniten gewählt werden.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle. Für diese Anwendung wird zwischen zwei Dicken aus Blähgraphit eine Dicke aus Blähvermiculit gebildet, dann werden die gebildeten Dicken zusammen verdichtet. Jede konsolidierte Graphitdicke bildet eine Elektrode, während die konsolidierte Vermiculitdicke eine Membran für den Ionentausch zwischen den besagten Elektroden bildet. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß umfaßt jede Dicke aus Blähgraphit unter 20 Gewichtsprozent Pulver aus einem katalytischen Material (wie zum Beispiel Metall oder Metalloxid), zwecks Katalysierung und/oder Förderung der elektrochemischen Reaktionen.
Die erfindungsgemäß hergestellte elektrochemische Zelle wird Trockenzelle genannt: Die elektrolytische Lösung – oder das Lösungsmittel, wenn die kristallisierten Aktivstoffe vorher in der Dicke aus Blähvermiculit angeordnet wurden – wird auf Anforderung im Augenblick der Benutzung der Zelle hinzugefügt. Die Tränkung der Membran kann leicht mit jedem geeigneten Mittel durchgeführt werden, wie zum Beispiel einer Pipette.
Es wird festgehalten, daß eine solche trockene Zelle als elektrochemischer Reaktor, Brennstoffzelle, aber auch als bioelektrochemische Zelle, wie zum Beispiel eine Zelle zur Messung des Traubenzuckergehalts im Blut, dienen kann. Bei den bekannten Zellen zur Messung des Traubenzuckergehalts führt das Aufbringen eines Blutstropfens auf eine hierfür vorgesehene entfernbare Zunge zur Aktivierung eines auf einer Elektrode der Zelle vorhandenen Enzyms und die anschließende Generierung eines elektrischen Stroms. Die Aktivierung des Enzyms und die Stärke des erzeugten Stroms stehen im direkten Verhältnis zum Traubenzuckergehalt im Blut. Bei den bekannten früheren Zellen lösen sich die auf der Oberfläche einer Elektrode in gefriergetrockneter Form adsorbierten Enzyme schließlich ab. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß enthält die gebildete Vermiculitdicke gefriergetrocknete Enzyme. Anders ausgedrückt werden die Enzyme vor der Bildung und der Verdichtung der Dicken direkt mit dem Blähvermiculit vermischt, so daß sie im Innern der konsolidierten Vermiculitdicke (Membran) unbeweglich sind; Die Lebensdauer der Zelle wird beträchtlich verlängert.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden die gebildeten Formen in drei rechtwinkligen Richtungen zusammen verdichtet, damit die Anisotropie der Graphitdicken reduziert wird und somit Elektroden erzielt werden, die in allen Richtungen einschließlich in einer rechtwinkligen Richtung zur Schnittstellenebene zwischen der Elektrode und der Membran eine gute elektronische Leitfähigkeit aufweisen.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden die gebildeten Dicken so verdichtet, daß die beiden konsolidierten Graphitdicken eine Dichte von zwischen 30 und 60 kg/m³ aufweisen. Anders gesagt werden die Dicken schwach konsolidiert, damit poröse Graphitelektroden angeordnet werden können. Somit tritt die elektrochemische Reaktion an jeder Elektrode nicht nur an der Schnittstelle zwischen Graphitelektrode und Vermiculitmembran ein, sondern auch im Innern selbst der Elektrode. Die spezifische Oberfläche, wo die elektrochemischen Reaktionen eintreten, und folglich die Leistung der elektrochemischen Zelle, werden beträchtlich erhöht. Mit der Erfindung können also auch die Eigenschaften der ausgeführten Teile des Gegenstands verbessert werden.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden bei einer Variante oder in Kombination für mindestens eine der Graphitdicken auf einer Fläche der besagten Dicke, der sogenannten Innenfläche, die zur Vermiculitdicke hin orientiert ist, Mikrorillen gebildet. Hierfür werden (durch Heizung oder chemische Reaktion ...) zerstörbare oder entfernbare Drähte zwischen der Blähgraphitdicke und der Blähvermiculitdicke bei ihrer Bildung plaziert, wobei diese Drähte zerstört oder entfernt werden, wenn die Dicken konsolidiert sind. Mit den Mikrorillen kann nicht nur die spezifische Reaktionsfläche auf der Elektrode erhöht werden, sondern es können auch an der Schnittstelle zwischen der Elektrode und der Ionentauschmembran Mikroröhrensysteme gebildet werden, die zur Schaffung eines Umlaufs von elektrolytischen Reagenzien entlang der Elektrode eingesetzt werden, damit der kontinuierliche Betrieb der elektrochemischen Zelle möglich wird.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden in mindestens eine der Blähgraphitdicken bei ihrer Bildung Heiz-/Kühlorgane, zum Beispiel hydraulische oder elektrische, eingelassen, damit eine thermische Regulierung der Reagenzien erfolgt.
Die Heizung kann auch berührungslos mit Hilfe mindestens eines Infrarotgenerators erfolgen, der sich außen und von der elektrochemischen Zelle entfernt befindet, und dies durch die optische Selektivität des neuverdichteten Blähgraphits. Dann werden bevorzugt Fangformen auf mindestens einer Außenfläche von mindestens einer der Graphitdicken gedruckt, um die Absorption der Infrarotstrahlen zu erhöhen. Typischerweise ist die gedruckte Außenfläche die frontale Außenfläche der Elektrode, die entgegengesetzt zur Innenfläche steht, die zur Membran ausgerichtet ist. Bei dieser Anwendung weisen die gedruckten Fangformen bevorzugt mindestens eine frontale Abmessung (Öffnung) auf, die zwischen 1 μm und 5 mm liegt, und eine Tiefe bei zwischen 1 μm und 1 mm.
Die Erfindung bietet also die Möglichkeit, die Temperatur der Reagenzien in der Zelle zu regulieren und also die Kinetiken der eingesetzten Reaktionen zu steuern und die Leistungen beträchtlich zu verbessern, indem gewisse begrenzende Faktoren beherrscht werden: Abführung der im Fall einer exothermischen Reaktion erzeugten Kalorien, Zuführung von Kalorien im Fall einer endothermischen Reaktion.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform und insbesondere einer Gießform der Gießtechnik. Für diese Anwendung wird ein Modell, (eine Form, die später vermittels der Gießform reproduziert werden soll), mit einer Blähgraphitdicke überdeckt, dann wird eine Blähvermiculitdicke gebildet, die die Graphitdecke zumindest teilweise überdeckt, anschließend werden die gebildeten Dicken zusammen verdichtet. Die feuerfeste Graphitdicke entspricht dem zur Aufnahme der Metallegierungsschmelze bestimmten Teil der Gießform; Die Vermiculitdicke bildet zumindest auf einem Teil der Gießform eine Schutzisolierung und erlaubt den Umgang damit ohne Verbrennungsgefahr. Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung für die Ausführung aller Arten von Gießformen anwendbar ist (sie gilt bei jedem beliebigem Material, das für die Aufnahme in der Gießform bestimmt ist – duroplastisches Harz, usw.), sie ist aber besonders vorteilhaft, wenn eine Schutzisolierung der Gießform wünschenswert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet außer seiner Einfachheit und Schnelligkeit bei der Ausführung noch weitere vielfältige Vorteile: Mögliche Herstellung von Gießformen mit komplexen Formen in einem einzigen Vorgang; Präzision der Abmessungen und ausgezeichnete Qualität des Oberflächenzustands der erzielten Gießformen, die ermöglichen, die üblichen Arbeiten zur Fertigstellung (Bearbeitung, Schleifen, ...) abzuschaffen; Leichtes Herausnehmen aus der Form aufgrund der Schmiereigenschaften des neuverdichteten Blähgraphits; Große Langlebigkeit der erzielten Gießformen, die sehr häufig wiederverwendet werden können, und die trotz der erlittenen thermischen und eventuellen chemischen Belastungen (Korrosion, Oxydation) insbesondere einen guten Oberflächenzustand erhalten; Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Abkühlung und der Konsolidierung der Legierungsschmelze zu steuern, wie weiter unten erklärt wird, ...
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden die gebildeten Dicken so zusammen verdichtet, daß die konsolidierte Graphitdicke eine Dichte von über 40 kg/m³ für eine Gießform aufweist, die für Anwendungen bei Niedertemperatur bestimmt ist (Gießmaterial wie zum Beispiel Gips, Kunststoff, Elastomer), und bevorzugt eine Dichte von über 100 kg/m³ für eine Gießform, die für Anwendungen bei Hochtemperatur bestimmt ist, wie eine Gießform der Gießtechnik (Gießmaterial wie zum Beispiel Legierungsschmelze), wobei eine Dichte von über 40 kg/m³ auf jeden Fall eine vollkommene Undurchlässigkeit der Gießform gegenüber den feinsten und den flüssigsten Gießmaterialen sowie einen besonders feinen Oberflächenzustand gewährleistet. Es wird festgehalten, daß eine Dichte von über 100 kg/m³ bei einer Gießform bevorzugt wird, die für Anwendungen bei Hochtemperatur bestimmt ist, denn sie verleiht der konsolidierten Graphitdicke bessere Thermodiffusion und bietet also die Möglichkeit, die Temperatur der Gießform und die Abkühlgeschwindigkeit des zu gießenden Materials zu steuern.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden Heiz-/Kühlorgane wie zum Beispiel ein Teil eines elektrischen oder hydraulischen Kreises in der Blähgraphitdicke bei ihrer Bildung plaziert. Die in diesem Fall angesetzten Verdichtungsauflagen werden schwach genug gewählt, damit die Heiz-/Kühlorgane nicht beschädigt werden, und insbesondere geeignet, der konsolidierten Graphitdicke eine Dichte von unter 400 kg/m³ zu verleihen. Da der Blähgraphit ein guter Wärmeleiter ist, der eine ausgezeichnete Thermodiffusion aufweist, werden Mittel zur Heizung/Kühlung eingesetzt, um die Temperatur der Gießform zu regulieren und also die Geschwindigkeit der Abkühlung und Konsolidierung der Legierungsschmelze zu steuern.
Bei einer Variante wird direkt in der Graphitmasse mindestens ein Röhrensystem gebildet, das geeignet ist, ein Heiz-/Kühlmedium aufzunehmen, und das also (mit diesem Medium und Mitteln zum Umlauf und zur Heizung/Kühlung des besagten Mediums) Mittel zur Heizung/Kühlung der Gießform bildet. Hierfür wird mindestens ein (durch Schmelzung oder chemische Reaktion, ...) zerstörbares oder entfernbares Rohr (in diesem Fall wird ein Schlauch vorgesehen, damit er bei jeder beliebigen Form des Röhrensystems zurückgezogen werden kann) in die Blähgraphitdicke bei ihrer Bildung plaziert wurde, wobei das besagte/die besagten Rohr(e) zerstört oder entfernt wird/werden, sobald die Graphitdicke konsolidiert ist. Die Belastungen der Verdichtung werden ausreichend hoch gewählt, damit eine Graphitdichte erzielt wird, die jedem gebildeten Röhrensystem Dichtheit und mechanische Festigkeit verleiht. Somit werden die Dicken bevorzugt so verdichtet, daß die konsolidierte Graphitdicke eine Dichte von über 150 kg/m³ aufweist.
Auch die Beheizung der Gießform und allgemein die Regulierung ihrer Temperatur kann ebenfalls mit Infrarotgeneratoren berührungslos erfolgen, die sich in einiger Entfernung von der Gießform befinden. Bei diesem Ausführungsmodus wird die Vermiculitdicke so gebildet, daß nicht alle Flächen der Graphitdicke abgedeckt werden, sondern, daß mindestens eine ihrer Flächen, die sogenannte Außenfläche, frei gelassen wird, damit sie während der Benutzung der Gießform freiliegt und den Infrarotstrahlen ausgesetzt ist.
Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden auf mindestens einer Außenfläche der Graphitdicke Fangformen gedruckt. Bei dieser Anwendung weisen die gedruckten Fangformen bevorzugt mindestens eine frontale Abmessung (Öffnung) von zwischen 1 mm und 2 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 10 cm auf.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines heliothermischen Wandlers. Bei dieser Anwendung wird eine Blähgraphitdicke gebildet, in der mindestens ein Röhrensystem gestaltet wird, das geeignet ist, ein wärmeführendes Medium aufzunehmen, es wird eine Vermiculitdicke gebildet, die die Graphitdicke teilweise abdeckt und dabei mindestens eine ihrer Flächen, die sogenannte Absorptionsfläche, frei gelassen wird, und dann werden die gebildeten Dicken zusammen verdichtet. Zur Erzielung des Röhrensystems/der Röhrensysteme wird mindestens ein ständiges Rohr, zum Beispiel ein Metallrohr und insbesondere aus Kupfer in der Blähgraphitdicke plaziert, wobei präzisiert wird, daß unter „ständiges Rohr" ein geeignetes Rohr verstanden wird, das später ein wärmeführendes Medium aufnehmen kann, und das in der konsolidierten Graphitdicke belassen wird. Bei einer Variante wird mindestens ein zerstörbares oder entfernbares Rohr in die Blähgraphitdicke plaziert, wobei das besagte Rohr/die besagten Rohre zerstört oder entfernt wird/werden, sobald die Graphitdicke konsolidiert ist.
Die konsolidierte Graphitdicke, von der mindestens eine Fläche nicht von Vermiculit abgedeckt ist, und die also die Sonnenstrahlung absorbieren kann, realisiert einen besonders leistungsfähigen Wärmetauscher. Der neu verdichtete Blähgraphit besitzt in der Tat eine ausgezeichnete Wärmediffusion (besser als diejenige der gegenwärtig verwendeten Metalle) und eine sehr geringe thermische Trägheit (verbesserte Reaktionszeit). Die konsolidierte Vermiculitdicke bildet eine Isolierplatte oder einen Isolierkasten.
Der Verdichtungssatz der Dicken wird je nach den für die die Graphitdichte gewünschten thermischen und mechanischen Eigenschaften gewählt. Im Fall, in dem die Röhrensysteme für wärmeführendes Medium direkt in der Graphitmasse gebildet werden, (unter Einsatz von zerstörbaren oder entfernbaren Rohren), wird der Verdichtungssatz ausreichend hoch gewählt, damit dem Ganzen eine korrekte mechanische Festigkeit verliehen wird, die mit den erlittenen Belastungen verträglich ist (Druck des Mediums in den Röhrensystemen, hydraulische Anschlüsse, Dehnungen und Kontraktionen aufgrund von starken Temperaturschwankungen (Sommer – Winter)). Insbesondere werden die Dicken so verdichtet, daß die Graphitdicke eine Dichte von über 150 kg/m³ aufweist.
Im Fall, daß die Röhrensysteme des wärmeführenden Mediums aus angesetzten Rohren, (zum Beispiel Metallrohren) bestehen, ist es nicht notwendig, daß der Graphit an der mechanischen Steifigkeit des Ganzen beteiligt ist. Der Vorzug wird dann der Suche nach Gewichtseinsparung und Verbesserung der thermischen Eigenschaften des Tauschers und der Energieleistung des Wandlers gegeben: Der Verdichtungssatz kann relativ gering gewählt werden. Die Dicken werden insbesondere so verdichtet, daß die Graphitdicke eine Dichte von unter 400 kg/m³ aufweist.
Es wird darauf hingewiesen, daß in beiden Fällen die Dicken bevorzugt ein einziges Mal und in einer einzigen Richtung verdichtet werden, um das Herstellungsverfahren zu vereinfachen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist außer seiner Einfachheit und raschen Ausführung den Vorteil auf, einen heliothermischen Wandler mit angesichts der vorteilhaften thermischen Eigenschaften des neu verdichteten Blähgraphits und der Struktur selbst des Wärmetauschers verbesserter Leistung zu liefern. Ob die Röhrensysteme des Tauschers nun in der Graphitmasse selbst gebildet werden oder aus angesetzten Rohren bestehen, entspricht die Thermotauschfläche der Gesamtheit der zylinderförmigen Oberfläche der Röhrensysteme und nicht einer einzigen Kontaktlinie zwischen einer zylinderförmigen Fläche und einer Platte, wie dies bei den früheren Wandlern der Fall ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem, sich von jeglicher giftigen oder gefährlichen elektrochemischen Behandlung im Hinblick auf ein selektives und verbessertes Absorptionsvermögen zu befreien, (im Augenblick mit Chromoxid durchgeführte Behandlung, sehr giftig und mittelfristig verboten), und liefert einen leichteren, einfacheren und zuverlässigeren Wandler. Die Risiken einer Fehlfunktion und die Wartungskosten des Wandlers sind beträchtlich gesenkt.
Die optische Selektivität des Absorbers gegenüber den Infrarotstrahlen fördert auch den für die heliothermische Wandlung notwendigen Treibhauseffekt. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß werden bei der Verdichtung der gebildeten Dicken Fangformen gedruckt, die für das Einfangen der Infrarotstrahlen der Sonne auf der Absorptionsfläche der Graphitdicke geeignet sind. Die gedruckten Formen weisen bevorzugt mindestens eine frontale Abmessung (Öffnung) zwischen 10 μm und 1 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 1 cm auf.
Diese Fangformen erhöhen nicht nur die Absorptionsfläche des Absorbers aus Graphit beträchtlich, sondern auch die optische geometrische Selektivität gegenüber den in den Infrarotstrahlen befindlichen Wellenlängen.
Ferner ermöglichen sie, die Steifigkeit und die mechanische Festigkeit der konsolidierten Graphitdicke punktuell und folglich insgesamt zu verstärken, indem die Dichte des Graphits in der Nähe von jeder Fangform gesteigert wird.
Es ist besser, die Fangformen im Verhältnis zu den Röhrensystemen mit wärmeführendem Medium zu versetzen, damit nicht nur die Belastungen dieser Röhrensysteme durch die Verdichtung begrenzt werden, (Belastungen, die durch die vorhandenen Druckmatrizen der Fangformen gegenüber den Röhrensystemen erhöht würden), sondern auch, damit das mechanische und thermische Profil der konsolidierten Graphitdicke optimiert wird.
Die Erfindung erstreckt sich auf einen Verbundgegenstand, der mindestens zwei getrennte Teile umfaßt, die unterschiedliche Eigenschaften und/oder Funktionen haben, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teile eine konsolidierte Dicke umfaßt, die über 70 Gewichtsprozent eines neuverdichteten Blähmaterials enthält, das unter den Blähgraphiten gewählt wird, und dadurch, daß ein anderer der Teile eine weitere konsolidierte Dicke umfaßt, die über 70 Gewichtsprozent eines anderen neuverdichteten Blähmaterials enthält, das unter den Blähvermiculiten gewählt wird. Ein solcher Gegenstand kann vorteilhafterweise mit einem Verfahren erzielt werden, bei dem die Graphit- und Vermiculitdicken zusammen verdichtet werden, und das bevorzugt nur einen einzigen Verdichtungsschritt (einaxial oder mehraxial) umfaßt.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine elektrochemische Zelle, die mindestens eine neuverdichtete konsolidierte Blähvermiculitschicht umfaßt, die zwischen zwei konsolidierten neuverdichteten Blähgraphitschichten eingesetzt ist. Die konsolidierten Graphitschichten weisen bevorzugt eine Dicke zwischen 30 und 60 kg/m³ auf, so daß sie porös sind. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß weist mindestens eine der konsolidierten Graphitdicken auf einer Fläche, der sogenannten Innenfläche, die zur Vermiculitschicht ausgerichtet ist, Mikrorillen auf. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß bindet mindestens eine der konsolidierten Graphitdicken Heiz-/Kühlorgane ein. Bei einer Variante oder eventuell in Kombination weist mindestens eine der konsolidierten Graphitdicken auf mindestens einer Außenfläche hohlgedruckte offene Formen auf, die sogenannten Fangformen, die geeignet sind, die Infrarotwellen aufzufangen, wobei diese Formen bevorzugt mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 1 μm und 5 mm und eine Tiefe von zwischen 1 μm und 1 mm aufweisen. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß enthält die konsolidierte Vermiculitdicke gefriergetrocknete Enzyme.
Die Erfindung betrifft auch eine Gießform, und insbesondere eine Gießform der Gießtechnik, die mindestens eine konsolidierte neuverdichtete Blähgraphitdicke umfaßt, die einen Abdruck abgrenzt, der einem durch Gießen zu reproduzierendem Gegenstand entspricht, und eine konsolidierte neuverdichtete Blähvermiculitschicht, die die besagte Graphitschicht zumindest teilweise abdeckt. Die konsolidierte Graphitdicke weist bevorzugt eine Dichte von über 40 kg/m³ und insbesondere von über 100 kg/m³ auf, wenn es sich um eine Gießform aus Gußeisen handelt. Vorteilhafterweise und erfindungsgemäß bindet die konsolidierte Graphitdicke Heiz-/Kühlorgane ein, wie zum Beispiel einen Teil eines elektrischen oder hydraulischen Kreises. Bei einer Variante (oder eventuell in Kombination) umfaßt die konsolidierte Graphitdicke mindestens ein direkt in der Graphitmasse gebildetes Röhrensystem auf, das geeignet ist, ein Heiz-/Kühlmedium aufzunehmen. Bei einer Variante oder eventuell in Kombination weist die konsolidierte Graphitdicke mindestens eine Fläche, die sogenannte Außenfläche, auf, die – bei der Benutzung der Gießform freiliegt; Und mindestens eine Außenfläche der besagten Dicke enthält offene mit Hohlräumen gedruckte Formen, die sogenannten Fangformen, die geeignet sind, die Infrarotwellen zu fangen, und diese Formen haben bevorzugt mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 1 mm und 2 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 10 cm.
Die Erfindung betrifft auch einen heliothermischen Wandler, der mindestens eine konsolidierte neuverdichtete Blähgraphitdicke umfaßt, die mindestens ein Röhrensystem umfaßt, das geeignet ist, ein wärmeführendes Medium aufzunehmen, und eine konsolidierte neuverdichtete Blähvermiculitdicke, die die Graphitdicke abdeckt unter Ausnahme mindestens einer ihrer Flächen. Jedes sich in der konsolidierten Graphitdicke erstreckende Röhrensystem wird entweder direkt in der Graphitmasse oder aus einem Rohr, zum Beispiel aus Kupfer, gebildet, das in der Graphitdicke eingebettet ist. Die konsolidierte Graphitdicke weist vorteilhafterweise auf ihrer Absorptionsfläche offene mit Hohlräumen gedruckte Formen auf, die sogenannten Fangformen, die geeignet sind, die Infrarotwellen zu fangen, und diese Formen haben bevorzugt mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 10 μm und 1 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 1 cm.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands und ein solches Gegenstand, die in Kombination mit allen oder einem Teil der oben und weiter unten angeführten Merkmale gekennzeichnet sind.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung herausstellen, die sich auf die Figuren im Anhang bezieht, die bevorzugten Ausführungsmodi der Erfindung darstellen und nur als Beispiele ohne Begrenzung gegeben werden, und die folgendes darstellen:
Die 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Presse, die erfindungsgemäß für die Herstellung einer elektrochemischen Zelle benutzt wird;
Die 2 ist eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle;
Die 2a ist eine Perspektivansicht eines Details einer Außenseite der elektrochemischen Zelle der 2;
Die 3 ist eine Perspektivansicht einer anderen erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle;
Die 4 ist eine schematische Perspektivansicht mit teilweisem Schnitt einer Presse, die erfindungsgemäß für die Herstellung einer Gießform benutzt wird;
Die 5 ist eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Gießform in zwei Teilen;
Die 6 ist eine schematische Schnittansicht einer Presse, die erfindungsgemäß für die Herstellung eines heliothermischen Wandlers benutzt wird;
Die 7 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen heliothermischen Wandlers;
Die 8 ist eine Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen heliothermischen Wandlers.
Wie auf der 1 dargestellt wird, besteht das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle 1 darin, nacheinander in einer zum Beispiel einaxialen Presse 7 eine Dicke 3 aus Blähgraphit, eine Dicke 2 aus Blähvermiculit und eine Dicke 4 aus Blähgraphit zu bilden. Im illustrierten begrenzungsfreien Beispiel sind die Dicken in Verdichtungsrichtung der Presse, mit C notiert, übereinandergelegt. Das zur Bildung jeder Graphitdicke verwendete Material enthält über 70 Gewichtsprozent natürlichen Blähgraphit; Es enthält außerdem unter 20 Gewichtsprozent eines Pulvers eines katalytischen Metalls, (zum Beispiel Platin), oder eines katalytischen Metalloxids, die homogen im natürlichen Blähgraphit verteilt sind. Das zur Bildung der Vermiculitdicke verwendete Material enthält ausschließlich Blähvermiculit.
Anschließend werden die drei oben angeführten Dicken zusammen verdichtet, indem mindestens eine der Platten 8 der Presse betätigt wird, bis ihre Konsolidierung erzielt wird. Der vorgeschriebene Verdichtungssatz ist bevorzugt gering, das heißt gerade über sowohl dem minimalen Verdichtungssatz, der für die Konsolidierung einer Graphitdicke notwendig ist, als auch dem minimalen Verdichtungssatz, der für die Konsolidierung einer Vermiculitdicke notwendig ist. Somit werden die Dicken so verdichtet, daß zwei konsolidierte Graphitdicken 3a und 4a (siehe 2) erzielt werden, die eine Dichte von 35 bis 40 kg/m³ haben, damit konsolidierte poröse Graphit- und Vermiculitdicken erzielt werden.
Die erzielte elektrochemische Zelle 1 wird auf der 2 dargestellt. Sie umfaßt zwei Elektroden 3a und 4a, die den beiden konsolidierten Graphitdicken entsprechen, zwischen denen sich eine Membran 2a für den Ionentausch erstreckt, die der konsolidierten Vermiculitdicke entspricht. Die erzielte Zelle ist quaderförmig, wenn die Presse 7 einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat. Sie weist Abmessungen auf, die je nach ihrer Benutzung von 10 bis 100 mm gehen können. Es wird darauf hingewiesen, daß bei über 100 mm die mechanische Festigkeit der gering konsolidierten Dicken fehlt. Die Dicken müssen dann so verdichtet werden, daß Dichten von über 60 kg/m³ erzielt werden. Die Elektroden sind weniger porös und die Zelle weniger leistungsfähig. Wenn eine Zelle mit großer Abmessung gewünscht wird, ist es also besser, mehrere kleine (gering verdichtete) parallel oder in Serie gestaltete Zellen nebeneinanderzusetzen.
Die Außenseite 18 der Elektrode 3a und die Außenseite 19 der Elektrode 4a weisen Fangformen 16, 17 (siehe 2a) mit einer Geometrie und Abmessungen auf, die zum Fangen von Infrarotwellen geeignet sind. Diese Fangformen sind punktuelle zylinderförmige Stempel mit kreisförmigem Querschnitt (wie 17), pyramidenförmig mit dreieckiger Basis (wie 16) oder quadratisch oder kreisförmig, usw. ... oder Stempel mit viel komplexerer Form. Im Beispiel weisen die Fangformen frontale Abmessungen von zwischen 1 und 100 μm und eine Tiefe von zwischen 1 und 100 μm auf. Die Fangformen werden mit von den Platten der Presse 7 getragenen Druckmatrizen erzielt, (angesichts der Größenskala sind diese Matrizen nicht abgebildet), die viele den besagten Formen entsprechende Zähnchen aufweisen. Der Druck der Formen erfolgt im Augenblick der Verdichtung und der Konsolidierung der Dicken 2, 3 und 4. Angesichts der Eigenschaften des Graphits können Formen mit mikroskopisch kleinen Abmessungen mit extremer dimensionaler Präzision und also sehr effiziente und für die benutzte Strahlenquelle geeignete Wellenfallen erzielt werden. Außerdem vergrößern solche mikroskopisch kleinen Formen die Austauschfläche und also die Wirkung einer Heizung oder Kühlung durch Strahlung beträchtlich.
Die hergestellte Zelle ist eine sogenannte trockene Zelle, was sich auf das Tauschmedium bezieht (die Vermiculitmembran), das trocken und frei von wäßriger Lösung ist. Die Vermiculitmembran wird im Augenblick der Benutzung der Zelle mit einer elektrolytischen Lösung getränkt. Bei einer Variante werden die kristallisierten chemischen Reagenzien (insbesondere Redoxpaar), bevorzugt in Form von festen Salzen, mit dem Blähvermiculit (oder einem anderen zur Bildung der Blähvermiculitdicke verwendeten Verbundmaterial) gemischt, dies vor der Bildung der Dicken, so daß die Reagenzien in der Membran gleich bei ihrer Herstellung vorhanden sind. Die Membran wird im Augenblick der Benutzung der Zelle mit einem Lösungsmittel getränkt.
Die elektrochemische Zelle kann als elektrolytischer Reaktor benutzt werden, und in diesem Fall wird jede Elektrode 3a, 4a mit allen geeigneten Mitteln an einer Klemme eines Stromgenerators angeschlossen (Ein Leitdraht kann direkt in jeder Graphitdicke bei ihrer Konsolidierung versiegelt werden). Die vom Generator zwischen den beiden Elektroden anliegende Spannung fordert von jeder Elektrode ein anderes als sein Ausgleichspotential und führt zu einer Verschiebung des Redoxprozesses der elektrolytischen Lösung in Richtung der Oxydation mit der Anode (eine an der positiven Klemme des Generators angeschlossene Elektrode, deren vorgeschriebenes Potential über dem Ausgleichspotential liegt), und in Richtung der Reduktion mit der Kathode (eine an der negativen Klemme des Generators angeschlossene Elektrode, deren vorgeschriebenes Potential unter dem Ausgleichspotential liegt).
Die Zelle kann auch als Brennstoffzelle benutzt werden. In diesem Fall wird jede Elektrode 3a, 4a mit allen geeigneten Mitteln an eine Klemme eines Stromakkus angeschlossen, der den zwischen den Elektroden durch elektrochemische Reaktion generierten Strom speichern soll.
Da die Graphitelektroden 3a und 4a porös sind, tritt der Redoxprozeß an jeder Elektrode nicht nur an der Innenseite der zur Vermiculitmembran 2 ausgerichteten Elektrode ein, sondern auch und vor allem in der Masse selbst der Elektrode. Die spezifische Reaktionsfläche wird also untersetzt und gegenüber einer bekannten Elektrode mit gleichen äußeren Abmessungen beträchtlich vergrößert. Es wird darauf hingewiesen, daß das katalytische Metall direkt dem Blähgraphit vor der Bildung der entsprechenden Dicken beigemischt wird und also in der gesamten Masse der Elektroden an jedem potentiellen Reaktionsort vorhanden ist. Dieses Verfahren bietet zwei große Vorteile: Die Leistung der Zelle wird (gegenüber den bekannten Zellen) beträchtlich verbessert; Das Verfahren ist besonders rasch und einfach im Gegensatz zu den früheren Verfahren, bei denen die Ausführung einer Metallverkleidung durch elektrolytischen Niederschlag auf einer Fläche der Elektrode vorgesehen war.
Für einen kontinuierlichen Betrieb der Zelle (Reaktor oder Zelle) muß die besagte Zelle mit elektrolytischer Lösung gespeist werden. Hierfür wird ein Kreislauf von elektrolytischer Lösung durch die besagte Zelle hindurch geschaffen. Es ist insbesondere möglich, in jeder porösen Elektrode einen Kreislauf der Lösung besonders in einer Richtung A angesichts dessen zu schaffen, daß die Elektroden aus neuverdichtetem Blähgraphit eine Lamellenstruktur haben, die aus rechtwinklig zur Richtung C (und also parallel zur Richtung A) übereinandergelegten Kohlenstoffebenen gebildet wird.
Bei einer Variante wird eine erfindungsgemäße Zelle 10 wie auf der 3 dargestellt benutzt. Eine solche Zelle weist an der Schnittstelle 5 zwischen der Elektrode 12 und der Membran 11 Mikrorillen 15 und an der Schnittstelle 6 zwischen der Elektrode 13 und der Membran 11 Mikrorillen 14 auf. Bei der Bemühung um Klarheit werden nur einige Mikrorillen dargestellt (sie können in großer Anzahl vorgesehen werden). Diese Mikrorillen, die typischerweise einen Durchmesser von circa 10 μm aufweisen, werden erzielt, indem Drähte zwischen die gebildeten Graphit- und Vermiculitdicken eingelegt werden, die dann nach der Konsolidierung der besagten Dicken entfernt werden. Diese Mikrorillen werden benutzt, damit die Reagenzien kontinuierlich durch die elektrochemische Zelle fließen.
Die dargestellten Zellen 1 und 10 werden durch einaxiale Verdichtung von Graphit- und Vermiculitdicken in einer rechtwinklig zu den Schnittstellen zwischen den besagten Dicken verlaufenden Richtung C erzielt. Erfindungsgemäße Zellen können auch durch einaxiale Verdichtung von Graphit- und Vermiculitdicken in einer parallel zu den Schnittstellen zwischen den besagten Dicken verlaufenden Richtung hergestellt werden, oder auch durch Verdichtung in mehreren Richtungen, und insbesondere durch dreiaxiale Verdichtung in drei rechtwinkligen Richtungen. Die letztere Version des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert eine Zelle, deren Elektroden gering anisotrop sind und in allen Richtungen eine gute elektronische Leitfähigkeit aufweisen. Dieses im Fall von porösen, das heißt gering verdichteten, Elektroden besonders vorteilhafte Merkmal verbessert die Leistung der elektrochemischen Zelle, denn alle potentiellen Reaktionsorte an den Elektroden werden angemessen mit Elektronen versorgt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform wie auf den 4 und 5 dargestellt ist. Erfindungsgemäß wird in den Mittelpunkt einer dreiaxialen Presse 23 ein Modell 24 plaziert, das die Teile reproduziert, die mit der Gießform hergestellt werden sollen, wobei ein Trennblatt 25 das Modell umgibt und deutlich in zwei Hälften teilt, ein Rohrnetz 26, das im Trennblatt oder in dessen Nähe vorgesehen und dazu bestimmt ist, in der Gießform Röhrensysteme zur Aufnahme einer Heiz-/Kühlflüssigkeit zu bilden, und ein Rohr (nicht dargestellt), das sich zumindest zwischen dem Modell und einer Kreuzungsebene von zwei Säulen der Presse erstreckt, damit in der Gießform ein Gießbrunnen gebildet wird.
Jede Säule 34, 35, 36 der Presse wird zu beiden Seiten des Modells mit einer Blähgraphitdicke 32 gefüllt und dann mit einer Blähvermiculitdicke 31, die die Blähgraphitdicke 32 abdeckt. Das für die Bildung der Graphitdicke verwendete Material besteht zum Beispiel ausschließlich aus natürlichem Blähgraphit; das für die Bildung der Vermiculitdicke verwendete Material besteht zum Beispiel ausschließlich aus Blähvermiculit.
Dann werden die gebildeten Dicken verdichtet, indem sechs Platten der Presse in Richtung ihres Mittelpunkts verschoben werden, wobei die Platten der Säule 35 in Richtung C betätigt werden, diejenigen der Säule 34 in Richtung B und diejenigen der Säule 36 in Richtung A, bis sie aufeinandertreffen und einen Würfel bilden.
Die gebildete Gießform wird dann von der Presse entfernt und an ihrer Fugenebene 33 geöffnet, die durch das Trennblatt 25 abgegrenzt wird. Somit erhält man eine Gießform 20 in zwei Teilen 21, 22. Das Blatt 25, die Rohre 26, das Gießrohr und das Modell 24 werden aus der Gießform entfernt. Jeder Teil oder jede Hälfte der Gießform enthält eine konsolidierte innere Dicke 32a aus neuverdichtetem Blähgraphit, die eine Hälfte 29 des Abdrucks des zu gießenden Teils abgrenzt, und eine konsolidierte äußere Dicke 31a aus neuverdichtetem Blähvermiculit, die die Dicke 31a umhüllt und eine Schutzisolierung der Gießform bildet. Die Mengen an Blähgraphit und Blähvermiculit, die für die Bildung der entsprechenden Dicken in die Presse eingegeben werden, werden je nach den Abmessungen der Presse und der gewünschten Enddichte der konsolidierten Dicken 31a und 32a gewählt.
Jede Hälfte der Gießform 21, 22 umfaßt auch halbzylinderförmige Röhrensysteme 27, 28, die mit den verbundenen Röhrensystemen der anderen Hälfte der Gießform einen Kreislauf einer Heiz-/Kühlflüssigkeit der Gießform bilden. Ferner umfaßt mindestens eine der Hälften der Gießform 21, 22 außerdem einen Gießbrunnen 30, der sich zwischen einer Fläche der Gießform und dem Abdruck 29 erstreckt, durch den das zu gießende Material bevorzugt in flüssiger Form eingelassen oder eingespritzt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, daß in der Dicke 32a jeder Hälfte der Gießform ein unabhängiger Kreislauf für Heiz-/Kühlflüssigkeit ausgeführt werden kann. Ein solches Verfahren wird bevorzugt, denn es gewährleistet die perfekte Dichtigkeit der Kreisläufe. Es wird auch festgehalten, daß vor jeglicher Verdichtung in jede Blähgraphitdicke Widerstände (Kabel) eingesetzt werden können, die an einen Stromgenerator für die Beheizung der Gießform angeschlossen werden können.
Zur Erzielung einer erfindungsgemäßen Gießform kann auch eine einaxiale Presse benutzt werden wie zum Beispiel diejenige, die auf der 1 dargestellt wird, es kann zu beiden Seiten eines Modells eine Blähgraphitdicke gebildet werden, dann können zu beiden Seiten der Graphitdicke zwei Blähvermiculitdicken gebildet und dann die Dicken in einer einzigen Richtung verdichtet werden. Es wird eine quaderförmige Gießform erzielt, von der nur die zwei entgegengesetzten Flächen durch eine konsolidierte Vermiculitdicke isoliert sind.
Bei einer Variante werden die drei somit konsolidierten Dicken (mit dem Modell versehen) so wieder in die einaxiale Presse eingesetzt, daß sich die Vermiculitdicken parallel zur Verdichtungsrichtung C der Presse erstrecken, und dann werden die Dicken neu verdichtet. Die somit erzielte Gießform besteht aus drei übereinanderliegenden nacheinander in zwei rechtwinkligen Richtungen verdichteten Dicken. Der Vorgang kann wiederholt werden, damit die Dicken in einer dritten zu den beiden ersten rechtwinkligen Richtung verdichtet werden. Vor jeder der zweiten und dritten Verdichtungen können zu beiden Seiten der vorher konsolidierten Dicken zwei neue Blähvermiculitdicken gebildet werden. Damit wird eine quaderförmige Gießform erzielt, deren vier Flächen durch eine Vermiculitdicke isoliert sind, wenn nur zwei Verdichtungen durchgeführt werden, oder deren sechs Flächen isoliert sind, wenn drei Verdichtungen durchgeführt werden.
Im Fall einer Gießform, die mindestens eine Fläche ohne Schutzisolierung aus Vermiculit hat, kann auch die Temperatur in der Gießform durch Berührung der besagten Fläche(n) mit einem Körper mit regulierter Temperatur gesteuert und angepaßt werden, oder auch durch (berührungslose) Bestrahlung der besagten Fläche(n) durch eine Infrarotstrahlenquelle (und dann durch Wärmeleitung in der konsolidierten Graphitdicke). Durch die interessanten thermischen Eigenschaften des neuverdichteten Blähgraphits (Leitfähigkeit, Diffusion, Absorption, Selektivität) ist es somit nicht notwendig, einen Heiz-/Kühlkreislauf in der Graphitdicke auszuführen oder einzusetzen, um die Temperatur der Gießform um den Abdruck herum steuern zu können.
Die dargestellte Gießform 20 besteht aus zwei Teilen 21, 22, die jeweils eine Hälfte des Abdrucks der zu gießenden Teile bilden. Die Erfindung ermöglicht jedoch, Gießformen in einem Stück herzustellen (solche Gießformen müssen zum Herausnehmen des Teils zerstört werden), oder Gießformen in drei oder mehr Teilen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines heliothermischen Wandlers, wie in der 6 dargestellt. In einer einaxialen Presse 62 mit Platte 51, mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt wird eine Blähvermiculitdicke 52 gebildet, und dann eine Blähgraphitdicke 53, in die mindestens ein Rohr 54 in Form einer Heizschlange, eines Rechens, einer Spirale oder in jeder anderen geeigneten Form plaziert wird. Das Rohr 54 wird während der Bildung der Graphitdicke parallel zur Platte 62 und der oberen Fläche der Vermiculitdicke gestaltet. Der Ort des besagten Rohrs in der Dicke und die Gesamthöhe der Graphitdicke sind geeignet, damit das Rohr 54 vollkommen mit Graphit abgedeckt bleibt, wenn die Dicken konsolidiert sind. Das Rohr 54 ist durch seine Form und seine Länge gleichmäßig in der Graphitdicke verteilt, und seine beiden Enden haben jeweils einen Anschlag gegen eine Wand der Presse 51.
Dann werden die Blähvermiculit- und Blähgraphitdicken verdichtet, bis ihre Konsolidierung erreicht ist. Die benutzte Presse weist eine Platte mit einer Druckmatrize mit mehreren Rippen 69 für den Druck der Fangformen auf der Absorptionsfläche des Wandlers auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der neuverdichtete Graphit für die Ausführung eines Wärmetauschers als Füllmaterial verwendet, das durch seine thermischen Eigenschaften (Absorption, Diffusion) und mechanischen Eigenschaften (Konsolidierung durch einfache Verdichtung) sowohl die Leistung des Tauschers verbessert, als auch dessen Herstellungsverfahren vereinfacht. Die Wahl des Verdichtungssatzes ergibt sich aus einem Kompromiß zwischen der Konsolidierung der Dicken (der Satz muß über demjenigen eines minimalen Konsolidierungssatzes liegen), der Bemühung um Gewichtsverringerung des Tauschers (ein geringer Verdichtungssatz, das heißt eine geringe Dichte der Dicke, ermöglicht, eine geringere Menge Blähgraphit vorzusehen und das Endgewicht des Tauschers zu begrenzen), den thermischen und Energieleistungen des Tauschers (die Absorption und die Diffusion der konsolidierten Graphitdicke hängen von ihrer Dichte ab), dem vorhandenen Rohr 54, (das nicht zerdrückt werden darf), ... Bevorzugt wird ein Verdichtungssatz, der einer Dichte der konsolidierten Graphitschicht von zwischen 30 und 200 kg/m³ (und auf jeden Fall unter 400 kg/m³) entspricht, bevorzugt.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Dicken in mehreren Richtungen verdichtet werden können, daß dies aber das Herstellungsverfahren im Verhältnis zum erzielten (geringen) Gewinn an Wandlerleistung unnötig kompliziert.
Die konsolidierten Dicken (siehe 7) werden von der Presse entfernt. Die mit dem Rohr 54 versehene konsolidierte Graphitdicke 56 realisiert einen Wärmetauscher in Form einer dicken Platte; Die konsolidierte Vermiculitdicke 55 bildet eine Bodenisolierung, die die untere Fläche des Tauschers abdeckt. Die Absorptionsfläche 70 des Tauschers weist mehrere gerade Nuten oder Schlitze auf, wie zum Beispiel die Nut 68 mit dreieckigem Querschnitt, die Nut 66 mit halbkreisförmigem Querschnitt, die Nut 67 mit quadratischem Querschnitt, alle mit Breiten und Tiefen unter 1 cm und bevorzugt zwischen 1 und 5 mm. Diese Nuten oder Schlitze realisieren Fangformen, die gleichzeitig mit der Konsolidierung der Dicken durch Verdichtung gedruckt werden, und so, daß sie sich zwischen zwei Zweigen des Rohrs 54 befinden. Es wird darauf hingewiesen, daß der Druck der Fangformen eventuell nach der Konsolidierung der Dicken bei einem späteren Vorgang durchgeführt werden kann, Die Fangformen 66, 67, 68 verbessern sowohl die Wirksamkeit einer Heizung/Kühlung durch Strahlen, als auch die mechanische Festigkeit des Tauschers.
Jeweils aus einer neuverdichteten Blähvermiculitschicht bestehende Isolierplatten werden (mit allen geeigneten Mitteln, wie zum Beispiel Kleber oder Schrauben) angesetzt und auf den vier Schmalseiten der konsolidierten Dicken 55 und 56 befestigt, um einen Isolierrahmen 64 zu bilden.
Jedes Ende des Rohrs 54 ist mit der Oberfläche einer Schmalseite der konsolidierten Graphitdicke 56 bündig. Gegenüber des besagten Rohrendes wird vor der Montage des Isolierrahmens eine Ausbohrung gestaltet, die die an die besagte Schmalseite angrenzende Platte des Isolierrahmens 64 durchbricht. In der Ausbohrung wird ein gerades Rohr gestaltet und an das Ende des Rohrs 54 angeschlossen. Somit können beide Enden des Rohrs 54 an Mittel zur Speisung mit kälteführendem Medium und an Mittel zur Rückholung des durch die Sonnenenergie erhitzten wärmeführenden Mediums angeschlossen werden.
Der durch den Boden 55 und den Rahmen aus Vermiculit 64 ausgeführte Kasten wird in ein dichtes Gehäuse eingesetzt, das einen Boden 59, Seitenwände 60 und einen oberen Rand 63 umfaßt, der sich bis außerhalb des Gehäuses erstreckt. Ein solches Gehäuse schützt den Kasten aus – wasseranziehendem – Vermiculit vor Feuchtigkeit und Unwetter. Das Gehäuse wird am oberen Teil durch eine Platte 58 aus gehärtetem Glas geschlossen, die am oberen Rand 63 oder an den Seitenwänden 60 des Gehäuses mit allen geeigneten Mitteln befestigt ist. Die Dichtigkeit zwischen der Glasplatte und dem Gehäuse wird von einer umlaufenden Dichtung 57 zum Beispiel aus Silikon gewährleistet.
Bei einer auf der 8 dargestellten Variante wird das Röhrensystem 61 für den Umlauf des wärmeführenden Mediums direkt in der Masse der konsolidierten Graphitdicke gebildet. Hierfür wird ein zerstörbares Rohr zum Beispiel aus Wachs oder Polystyrol in der Blähgraphitdicke bei ihrer Bildung plaziert. Nach der Verdichtung und Konsolidierung der Graphitdicke wird das zerstörbare Rohr vernichtet. Bei diesem Beispiel bildet der neuverdichtete Graphit (und kein Füllmaterial) die steife Struktur des Wärmetauschers. Der erforderliche Verdichtungssatz wird also ausreichend hoch gewählt, damit dem Ganzen eine gute mechanische Festigkeit je nach den erlittenen Belastungen verliehen wird: Druck des wärmeführenden Mediums, Hydraulikanschlüsse, starke Temperaturschwankungen.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Abschnitte des Röhrensystems, die die konsolidierte Vermiculitdicke durchqueren, (die wasseranziehend ist), um den Anschluß des Röhrensystems 61 an die Mittel zur Versorgung mit wärmeführendem Medium und zur Rückholung des besagten Mediums herzustellen, wie beim vorherigen Beispiel durch angesetzte gerade Metallrohre gebildet werden. Es muß auch festgehalten werden, daß der dargestellte Wandler 65 keine erfindungsgemäßen Fangformen aufweist, daß es aber von Vorteil ist, welche vorzusehen.
Das Verfahren zur Herstellung der Wandler 50 und 65 weist vielfältige Vorteile auf:

– Der Absorber und der Wärmetauscher sind in eine einzige Struktur (Graphitdicke) eingebunden, die bei einem einzigen Konsolidierungsvorgang montiert wird, und dies im Gegensatz zu bekannten früheren Wandlern mit einer Metallplatte als Absorber, die hergestellt werden muß (durch Strangpressen, Tiefziehen, ...), die gegen Korrosion und Oxydation behandelt und mit einem Niederschlag aus Chromoxid (stark giftig) abgedeckt und schließlich an den Tauscher geschweißt werden muß. Der Wandler 65 umfaßt sogar einen Absorber-Tauscher, der vollständig in einem einzigen Durchgang ausgeführt werden muß (die Rohre werden abgeschafft);
– Der Wärmetauscher und der Isolierboden werden in einem einzigen Durchgang gebildet und montiert;
– Das Gewicht des erzielten Wandlers ist deutlich geringer als dasjenige der bekannten Wandler;
– Die Leistung des erfindungsgemäßen Wandlers liegt deutlich höher als diejenige der früheren Wandler, angesichts dessen, daß
– Die Wärmetauschfläche entspricht dem gesamten Umfang des Rohrs 54 oder des Röhrensystems 61;
– Der neuverdichtete Blähgraphit weist im Bereich der Infrarot-Wellenlängen, die den Treibhauseffekt im Wandler generieren, eine gute optische Selektivität auf (S = 2). Diese Eigenschaft macht jegliche Verkleidung mit schwarzem Chrom überflüssig,
– Der neuverdichtete Blähgraphit weist eine bessere Thermodiffusion auf (diese Größe mißt die Eignung, die Wärme zu übertragen, und sie hängt von der thermischen Leitfähigkeit, der Wärmekapazität und der Dichte des Materials ab), als die Metalle, die in den früheren Techniken zur Ausführung der Absorptionsplatte verwendet wurden. Ein neuverdichteter Blähgraphit mit einer Dichte von 100 kg/m³ besitzt insbesondere das 3-fache der Diffusion des Kupfers bei einer 90 mal geringeren Dichte, das Doppelte derjenigen des Silbers bei einer 100 mal geringeren Dichte, und das 4-fache derjenigen des Aluminiums bei einer 27 mal geringeren Dichte;
– Der neuverdichtete Blähgraphit weist eine geringere thermische Trägheit als die Metalle auf, so daß die Reaktionszeit des Wandlers verbessert wird;
– Der neuverdichtete Blähgraphit weist gegenüber thermischen Schwankungen einen (linearen) kleinen Dehnungskoeffizienten auf, der 8 mal geringer als denjenigen des Kupfers, 11 mal geringer als denjenigen des Aluminiums und 6 mal geringer als denjenigen des Silbers ist;
– Die Leistung des Wandlers 65 (ohne Kupferrohr) wird insbesondere durch den direkten Wärmetausch zwischen dem Absorber (dem Graphit) und dem wärmeführenden Medium verbessert;
– Die Leistung des Wandlers 50 wird durch die vorhandenen Fangformen von Infrarotwellen verbessert;
– Die Selbstkosten des Wandlers sind gering (insbesondere diejenigen des Wandlers 65 durch die Abschaffung der Kupferrohre),
– Graphit und Vermiculit sind chemisch träge Materiale, die nach der Verdichtung keine Gase mehr abgeben, und sie sind weder gefährlich noch giftig, auch nicht in Paillettenform (ob es sich nun dabei um Blähgraphit oder Blähvermiculit oder um Überreste von neuverdichtetem Graphit oder Vermiculit handelt. Sie sind außerdem leicht recycelfähig.

Bei einer Version der Erfindung, (die für beide vorstehende Beispiele für Wandler anwendbar ist), werden auch elektrische Widerstände in der Blähgraphitdicke vor deren Konsolidierung gestaltet. Diese Widerstände dienen dazu, den Wärmetauscher punktuell einer Temperatur von über oder gleich 70 Grad Celsius zu unterziehen, damit jeder Gefahr einer Bakterienverseuchung des Wandlers (wie zum Beispiel Legionellen) vorgebeugt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also der Wandler einfach, rasch und wirtschaftlich mit Mitteln zur antibakteriellen Behandlung versehen werden.
Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung viele Varianten hinsichtlich der vorher beschriebenen und auf den Figuren dargestellten Ausführungsmodi haben kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Ausführung anderer Verbundgegenstände eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundgegenstands, der mindestens zwei getrennte Teile umfaßt, die unterschiedliche Eigenschaften und/oder Funktionen haben, dadurch gekennzeichnet, daß: – Es mindestens eine Dicke (3, 32, 53) gebildet wird, die über 70 Gewichtsprozent eines Blähmaterials aufweist, das unter den Blähgraphiten gewählt wird, – Es mindestens eine weitere Dicke (2, 31, 52) gebildet wird, die über 70 Gewichtsprozent eines anderen Blähmaterials aufweist, das unter den Blähvermiculiten gewählt wird, – Dann werden die gebildeten Dicken so zusammen verdichtet, daß sie konsolidiert werden, wobei jede konsolidierte Dicke (3a, 2a, 32a, 31a, 56, 55) einem der Teile des Gegenstands entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken (2, 3; 31, 32; 52, 53) angrenzend gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken (31, 32) in mehreren Richtungen zusammen verdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken (31, 32) in drei rechtwinkligen Richtungen zusammen verdichtet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken (52, 53) in einer einzigen Richtung verdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungsrichtung (c) etwa rechtwinklig zu einer Schnittstellenebene zwischen den besagten Dicken ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken (31, 32) einem einzigen Verdichtungsvorgang in jeder Richtung (A, B, C) unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken (31, 32) einem einzigen Verdichtungsvorgang unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken mehreren getrennten Verdichtungsvorgängen in mindestens einer Richtung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Richtung eine erste Verdichtung durchgeführt wird, die geeignet ist, die gebildeten Dicken zu konsolidieren, damit mit ihnen umgegangen werden kann, und später eine zweite Verdichtung, die geeignet ist, einer der besagten Dicken eine gewünschte Dichte zu verleihen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verdichtung der gebildeten Dicken auf mindestens einer Fläche, der sogenannten Außenfläche, mit mindestens einer Dicke Graphit, Formen mit offenen Hohlräumen gedruckt werden, die sogenannten Fangformen, die geeignet sind, die Infrarotwellen zu fangen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Blähgraphit ein natürlicher Blähgraphit verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete Dicke aus Vermiculit weniger als 30 Gewichtsprozent an Zusatzstoffen enthält, die unter Perlit, aus Oxiden wie SiO₂ oder Al₂O₃ erzielten Blähmaterialen, Kanditen, Illiten, Smektiten, Kaoliniten gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13 für die Herstellung einer elektrochemischen Zelle (1), dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke (2) aus Blähvermiculit zwischen zwei Dicken (3, 4) Blähgraphit gebildet wird, dann werden die gebildeten Dicken zusammen verdichtet.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken in drei rechtwinkligen Richtungen zusammen verdichtet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken so verdichtet werden, daß die beiden konsolidierten Dicken (3a, 4a) aus Graphit eine Dichte von zwischen 30 und 60 kg/m³ aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine (12, 13) der Graphitdicken Mikrorillen (15, 14) auf einer Fläche der besagten Dicke, der sogenannten Innenfläche, gebildet werden, die zur Vermiculitdicke hin ausgerichtet ist, indem bei ihrer Bildung zerstörbare oder abnehmbare Drähte zwischen der Blähgraphitdicke und der Blähvermiculitdicke plaziert werden, wobei die besagten Drähte zerstört oder entfernt werden, wenn die Dicken konsolidiert sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine der Blähgraphtdicken bei ihrer Bildung Heiz-/Kühlorgane eingelassen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 18 und nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Außenfläche (18) von mindestens einer Graphitdicke (3a) Fangformen (16, 17) gedruckt werden, die mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 1 μm und 5 mm und eine Tiefe von zwischen 1 μm und 1 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede gebildete Graphitdicke weniger als 20 Gewichtsprozent eines Pulvers aus einem katalytischen Material umfaßt, wie ein Metall oder ein katalytisches Metalloxid.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete Vermiculitdicke gefriergetrocknete Enzyme umfaßt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13 für die Herstellung einer Gießform (20), dadurch gekennzeichnet, daß ein Modell (24) mit einer Blähgraphitdicke (32) überdeckt wird, anschließend eine Blähvermiculitdicke (31) gebildet wird, die die Graphitdicke mindestens teilweise überdeckt, dann werden die gebildeten Dicken zusammen verdichtet.
Verfahren nach Anspruch 22 zur Herstellung einer Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Dicken so zusammen verdichtet werden, daß die konsolidierte Graphitdicke (32a) eine Dichte von über 100 kg/m³ aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-/Kühlorgane in die Blähgraphitdicke bei ihrer Bildung gestellt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß direkt in der Graphitmasse mindestens ein Röhrensystem (27, 28) gebildet wird, das geeignet ist, ein Heiz-/Kühlmedium aufzunehmen, indem mindestens ein zerstörbares oder entfernbares Rohr (26) in die Blähgraphitdicke (32) bei ihrer Bildung gestellt wird, wobei das/die besagte(n) Rohr(e) zerstört oder entfernt wird/werden, wenn die besagte Dicke konsolidiert ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 22 bis 25 und nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermiculitdicke so gebildet wird, daß mindestens eine Fläche der konsolidierten Graphitdicke, die sogenannte Außenfläche, bei der Benutzung der Gießform sichtbar bleibt, und daß auf mindestens einer Außenfläche der Graphitdicke Fangformen gedruckt werden, die mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 1 mm und 2 cm aufweisen und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 10 cm.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13 für die Herstellung eines heliothermischen Wandlers (50), dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke (53) Blähgraphit geformt wird, in der mindestens ein Röhrensystem (54, 61) gestaltet wird, das geeignet ist, ein wärmeführendes Medium aufzunehmen, es eine Vermiculitdicke (52) geformt wird, die die Graphitdicke teilweise überdeckt und mindestens eine ihrer Flächen, die sogenannte Absorptionsfläche, frei läßt, und anschließend die gebildeten Dicken zusammen verdichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein bleibendes Rohr (54) in die Blähgraphitdicke plaziert wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zerstörbares oder entfernbares Rohr in die Blähgraphitdicke plaziert wird, wobei das/die besagte(n) Rohr(e) zerstört oder entfernt wird/werden, wenn die Graphitdicke konsolidiert wurde.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 27 bis 29 und nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Absorptionsfläche (70) der konsolidierten Graphitdicke Fangformen (66, 67, 68) gedruckt werden, die frontale Abmessungen von zwischen 10 μm und 1 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 1 cm aufweisen.
Verbundgegenstand, der mindestens zwei getrennte Teile umfaßt, die unterschiedliche Eigenschaften und/oder Funktionen haben, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teile eine konsolidierte Dicke umfaßt, die über 70 Gewichtsprozent eines neuverdichteten Blähmaterials enthält, das unter den Blähgraphiten gewählt wird, und daß ein anderer Teil eine andere konsolidierte Dicke umfaßt, die über 70 Gewichtsprozent eines anderen neu verdichteten Blähmaterials enthält, das unter den Blähvermiculiten gewählt wird.
Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine elektrochemische Zelle (1) handelt, und dadurch, daß er mindestens eine neu verdichtete konsolidierte Vermiculitdicke (2a) umfaßt, die zwischen zwei konsolidierten neu verdichteten Blähgraphitdicken (3a, 4a) eingesetzt wird.
Gegenstand nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die konsolidierten Graphitdicken eine Dichte von zwischen 30 und 60 kg/m³ aufweisen.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (13, 12) der konsolidierten Graphitdicken auf einer Fläche, der sogenannten Innenfläche, Mikrorillen (14, 15) aufweist, die zur Vermiculitdicke hin ausgerichtet ist.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der konsolidierten Graphitdicken Heiz-/Kühlorgane einbindet.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der konsolidierten Graphitdicken auf mindestens einer Außenfläche offene hohle gedruckte Formen (16, 17) aufweist, sogenannte Fangformen, die für das Einfangen der Infrarotwellen geeignet sind.
Gegenstand nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangformen mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 1 μm und 5 mm und eine Tiefe von zwischen 1 μm und 1 mm aufweisen.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die konsolidierte Vermiculitdicke gefriergetrocknete Enzyme umfaßt.
Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Gießform (20) handelt, und daß sie mindestens eine konsolidierte neu verdichtete Blähgraphitdicke (32a) umfaßt, die einen Abdruck (29) begrenzt, der einem durch Gießen zu reproduzierenden Gegenstand entspricht, und eine konsolidierte Blähvermiculitdicke (31a), die die besagte Graphitdicke mindestens teilweise überdeckt.
Gegenstand nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Gießform handelt, und daß die konsolidierte Graphitdicke eine Dichte von über 100 kg/m³ aufweist.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß die konsolidierte Graphitdicke Heiz-/Kühlorgane einbindet.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß die konsolidierte Graphitdicke (32a) mindestens ein Röhrensystem (27, 28) umfaßt, das direkt in der Graphitmasse geformt wird und für die Aufnahme eines Heiz-/Kühlmediums geeignet ist.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die konsolidierte Graphitdicke mindestens eine Fläche, die sogenannte Außenfläche, aufweist, die bei der Benutzung der Gießform sichtbar bleibt, und daß mindestens eine Außenfläche der konsolidierten Graphitdicke offene hohl gedruckte Formen aufweist, die sogenannten Fangformen, die zum Fangen der Infrarotwellen geeignet sind.
Gegenstand nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangformen mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 1 mm und 2 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 10 cm aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen heliothermischen Wandler (50) handelt, und daß er mindestens eine neu verdichtete konsolidierte Blähgraphitdicke (56) umfaßt, die mindestens ein Röhrensystem (54) umfaßt, das geeignet ist, ein wärmeführendes Medium aufzunehmen, und eine neu verdichtete konsolidierte Blähvermiculitdicke (55), die die Graphitdicke überdeckt unter Ausnahme mindestens einer Fläche der letzteren, der sogenannten Absorptionsfläche.
Gegenstand nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Röhrensystem(e) (61) direkt in der Graphitmasse geformt wird/werden.
Gegenstand nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrensystem aus einem oder mehreren Rohren (54) besteht, die aus der Graphitdicke genommen werden.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, das die konsolidierte Graphitdicke auf ihrer Absorptionsfläche (70) offene hohl gedruckte Formen (66, 67, 68), die sogenannten Fangformen, aufweist, die für das Fangen der Infrarotwellen geeignet sind.
Gegenstand nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangformen mindestens eine frontale Abmessung von zwischen 10 μm und 1 cm und eine Tiefe von zwischen 1 mm und 1 cm aufweisen.