AT390658B - Rohrleitung fuer ein triebwerk - Google Patents
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Description
Nr. 390 658
Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung für ein Triebwerk, insbesondere Kühlleitung im Flugzeugbau, wobei die Wandung der Rohrleitung in an sich bekannter Weise aus einer Innen- und einer Außenschicht aus faserverstärktem, ausgehärtetem Kunststoff besteht, wobei die Innenschicht mit Kohlefasem verstärkt tragend und die Außenschicht mit Keramikfasem verstärkt, wärmeisolierend ausgebildet ist nach AT- PS 387 080.
Die Rohrleitung ist im vorderen Bereich des Triebwerkes angebracht. Über das offene Ende der Rohrleitung wird Stauluft zum Triebwerk gebracht, um dessen Getriebe zu kühlen. Bekannte Rohrleitungen dieser Art werden aus hochfesten Stählen oder Titan hergestellt. Durch die durch das Triebwerk bedingten dynamischen Belastungen wird die Lebensdauer dieses Bauteiles eingeschränkt.
Kunstharze, verstärkt mit hochfesten Fasern und organischen Matrixwerkstoffen, wie Epoxid- oder Phenolharze, werden in zunehmendem Ausmaß aufgrund ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften und geringem Gewicht als Ersatz für Leichtmetallwerkstoffe, wie Aluminium oder Titan hauptsächlich in der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Der Einsatzbereich dieser Kunstharze endet in der Regel bei ca. 180 °C. Im Bereich der Raumfahrt und Militärluftfahrt wurde ein spezielles Polyimidharz entwickelt, das Temperaturbelastungen bis zu 400 °C standhält. Aufgrund technologischer Schwierigkeiten kann dieses Kunstharz jedoch noch nicht mit dem Wachstum des Einsatzes von Faserverbundwerkstoffen in der Luftfahrtindustrie schritthalten.
Im Falle eines Triebwerkbrandes muß die Rohrleitung das Getriebe des Triebwerkes noch auf eine bestimmte Zeitdauer kühlen und einen bestimmten Innendruck aushalten, die vom Triebwerkhersteller vorgeschrieben werden.
Derartige Rohrleitungen wurden bisher aus hochtemperaturfestem Stahl hergestellt. Die Betriebstemperatur der Rohrleitung beträgt beim Start des Triebwerkes 370 °C und erreicht im Dauerbetrieb 180 bis 280 °C. In Sonderfällen, z. B. im Brandfall, beträgt die Temperatur ca. 1100 °C. Diese Temperatur muß die Rohrleitung 15 min aushalten ohne durchzubrennen und undicht zu werden, wobei auch die mechanische Festigkeit erhalten bleiben soll.
Das Stammpatent hat sich für die Kühlung von Triebwerken die Schaffung einer Rohrleitung zur Aufgabe gestellt, welche im Vergleich zu bekannten Rohrleitungen dieser Art leichter sind, eine glatte Innenfläche aufweisen, eine relativ lange Lebensdauer bei dynamischer Belastung aufweisen und die vom Triebwerkhersteller gestellten Forderungen erfüllen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wurde vorgeschlagen, daß die Wandung der Rohrleitung in an sich bekannter Weise aus einer Innen- und einer Außenschicht aus faserverstärktem, ausgehärteten Kunststoff besteht, wobei die Innenschicht mit Kohlefasem verstärkt tragend und die Außenschicht mit Keramikfasem verstärkt, wärmeisolierend ausgebildet ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rohrleitung der genannten Art, die im Brandfall im Vergleich zur Rohrleitung gemäß dem Stammpatent noch hitze- bzw. flammiesistenter und gasdichter ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Innenschicht und der Außenschicht eine in an sich bekannter Weise gasdichte, hochtemperaturfeste Folie angeordnet ist. Die Anordnung der Folie zwischen den beiden Schichten hat gegenüber einer allenfalls außenseitigen Anordnung den Vorteil, daß sich die Folie im wesentlichen in der neutralen Zone befindet, wodurch sich Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zu den anderen Schichten nicht nachteilig auf die Geometrie des Bauteiles auswirken (z. B. Verzug durch unterschiedliche Wärmeausdehnung). Weiters kann gegenüber einer Anwendung in den Außenschichten die Folie dünner und gewichtssparender eingesetzt werden. Die Folie kann aus Silikongummi oder anderen gasdichten, hochtemperaturfesten Kunststoffen oder Verbundfolien bestehen. Im letzteren Fall kann eine Folie gasdicht und eine andere hochtemperaturfest sein.
Durch die GB-PS 2 111 164 ist ein Verbundrohr bekannt geworden, welches aus zwei Kunststoffrohren besteht, zwischen denen eine Metallfolie eingeschlossen ist Die genannte GB-PS offenbart jedoch für die beiden Kunststoffrohre keine Materialien, von welchen die vorliegende Erfindung ausgeht, und die für die Erzielung des angeführten Effekts maßgeblich sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Folie in an sich bekannter Weise eine Metallfolie, vorzugsweise Stahlfolie. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Folie noch dünner und leichter als eine Kunststoffolie zur Anwendung gelangen kann. Geeignete Kunststoff- oder Gummifolien haben eine Dicke von mindestens 0,5 mm, während eine Metallfolie eine Dicke von 0,1 mm oder darunter aufweisen kann. Metallfolien haben außerdem den Vorteil, daß sie an die umgebenden Kunststoffschichten keinerlei Zusatzstoffe mit negativer Einwirkung abgeben.
Ein erstes Verfahren zur Herstellung des Rohrteiles ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht, wie an sich bekannt, auf einem nachträglich entfernbaren Kern aufgebracht wird, dessen Außenkonturen mit den gewünschten Innenkonturen der Rohrleitung übereinstimmen, worauf zuerst die Folie und dann die Außenschicht auf die Innenschicht aufgebracht und über die Außenschicht und die Kernenden eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, welcher evakuiert und verschlossen wird, und anschließend bei erhöhter Temperatur und Druck eine Vorhärtung der Innen- und Außenschicht erfolgt, worauf die Vakuumfolie und der Kem entfernt werden, und eine Nachhärtung bei gleichem Druck aber bei einer höheren Temperatur als bei der Vorhärtung erfolgt.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung des Rohrteiles ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht, wie an sich bekannt, auf einem nachträglich entfembaren Kem aufgebracht wird, dessen -2-
Claims (9)
- Nr. 390 658 Außenkonturen mit den gewünschten Innenkonturen der Rohrleitung übereinstimmen, worauf über die Innenschicht und die Kernenden eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, welcher evakuiert und verschlossen wird, und anschließend bei erhöhter Temperatur und Druck eine Verhärtung der Innenschicht erfolgt, worauf die Vakuumfolie und der Kem entfernt, zuerst die Folie und dann die Außenschicht aufgebracht und über die Außenschicht eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, welcher evakuiert und verschlossen wird, und eine Nachhärtung der Innen- und Außenschicht bei gleichem Druck aber bei einer höheren Temperatur als bei der Vorhärtung erfolgt. Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Rohrleitung und Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Rohrleitung. In Fig. 1 bezeichnet (1) einen Kem, welcher aus einer niedrig schmelzenden Metallegierung entsprechend den gewünschten Innenkonturen der Rohrleitung, z. B. durch Gießen in einer Form hergestellt wird. Als Metallegierung wird vorzugsweise Wood’sches Metall oder Lötzinn mit einer Schmelztemperatur von 190 bis 210 °C, vorzugsweise 200 °C, verwendet. Die Querschnittsform des Kernes kann je nach Erfordernis quadratisch, oval, rund usw. sein. Anstelle einer Metallegierung könnte auch Gips oder ein Salz verwendet werden, wobei der Gips mechanisch und das Salz durch Ausschmelzen oder Auswaschen entfembar ist. Auf den Kem (1) wird aufeinanderfolgend eine Innenschicht (2), eine Metallfolie (5), vorzugsweise Stahlfolie, und eine Außenschicht (3) aufgebracht. Die Innenschicht (2) besteht aus einem mit Kohlefasem verstärkten Kunstharz und die Außenschicht (3) aus einem mit Keramikfasem verstärkten Kunstharz. Vorzugsweise wird als Kunstharz für die Innen- und Außenschicht (2), (3) ein Polyimidharz verwendet. Über die Außenschicht (3) und den Kernenden wird eine Vakuumfolie (4) in Form eines Sackes gestülpt, der evakuiert und verschlossen wird, sodaß eine kompakte Einheit entsteht. Diese Einheit wird in einen Autoklaven eingebracht, in der die beiden Schichten (2), (3) bei einer Temperatur (Ty) (Fig. 2) von 168 bis 186 °C, vorzugsweise 177 °C, und bei einem Druck von 4 bis 10 bar, vorzugsweise 5 bar, vorgehärtet werden. Nach der Vorhärtung wird die Einheit dem Autoklaven entnommen und die Vakuumfolie (4) entfernt Für den Fall, daß der Kem (1) aus Gips oder Salz besteht, wird er auf die oben beschriebene Weise entfernt. Für den Fall, daß der Kem (1) aus einer Metallegierung besteht, wird die von der Vakuumfolie (4) befreite Einheit wieder in den Autoklaven eingebracht und die Temperatur zumindest bis zur Schmelztemperatur (Tg) (Fig. 2) erhöht und solange beibehalten, bis der Kem (1) restlos aus der Innenschicht (2) ausgeflossen ist. Nach späterem Erstarren der Metallegierung kann diese in vorteilhafter Weise wieder zur Herstellung eines neuen Kerns verwendet werden. Die Temperatur wird anschließend weiter bis zu einer Temperatur (T^) (Fig. 2) von 285 bis 315 °C, vorzugsweise 300 °C, erhöht, um eine Nachhärtung der beiden Schichten (2), (3) zu bewirken, wobei wieder ein Druck von 4 bis 10 bar, vorzugsweise 5. bar, beibehalten wird. Nach einer bestimmten Aushärtezeit wird die nunmehr fertige Rohrleitung aus dem Autoklaven entnommen und gegebenenfalls einer äußerlichen Oberflächennachbearbeitung unterworfen. Es besteht auch die Möglichkeit, daß nach der Vorhärtung das Ausschmelzen des Kernes (1) anstelle im Autoklaven in einem Ofen od. dgl. erfolgt. Nach einem weiteren Verfahren gemäß der Erfindung wird zuerst nur die Innenschicht (2) auf den Kem (1) aufgebracht, mit einer Vakuumfolie (4) überzogen und vorgehärtet, worauf der Kem (1) und die Vakuumfolie (4) entfernt, zuerst die Metallfolie (5) und dann die Außenschicht (3) aufgebracht und mit einer Vakuumfolie (4) überzogen wird, und anschließend die Nachhärtung erfolgt. Durch die Kombination der Außen- und Innenschicht (3), (2) mit der Metallfolie (5) wird erreicht, daß bei einer Flammenbeanspruchung mit einer Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt der Metallfolie ist, diese nicht abschmelzen kann, da sich durch das Abbrennen der Innen- und/oder Außenschicht (2), (3) eine gasisolierende Schicht bildet, die als Isolierung gegen Wärmeeinfluß zur Metallfolie (5) dient, welche als Gassperre wirkt. Durch das Vorhandensein der Metallfolie (5) kann die Dicke der Außenschicht (3) im Vergleich zu der gemäß dem Stammpatent reduziert werden. Trotz der zusätzlichen Metallfolie (5) beträgt das Gewicht des Rohrteiles nur ein Viertel des Gewichtes eines aus Stahl hergestellten Rohrteiles. PATENTANSPRÜCHE 1. Rohrleitung für ein Triebwerk, insbesondere Kühlleitung im Flugzeugbau, wobei die Wandung der Rohrleitung in an sich bekannter Weise aus einer Innen- und einer Außenschicht aus faserverstärktem, ausgehärtetem Kunststoff besteht, wobei die Innenschicht mit Kohlefasem verstärkt tragend und die Außenschicht mit Keramikfasem verstärkt, wärmeisolierend ausgebildet ist, nach AT-PS 387 080, dadurch -3- Nr. 390 658 gekennzeichnet, daß zwischen der Innenschicht (2) und der Außenschicht (3) in an sich bekannter Weise eine gasdichte, hochtemperaturfeste Folie angeordnet ist.
- 2. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (5) in an sich bekannter Weise eine Metallfolie, vorzugsweise Stahlfolie ist.
- 3. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenschicht (2, 3) aus Polyimidharz bestehen.
- 4. Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht, wie an sich bekannt, auf einem nachträglich entfembaren Kern aufgebracht wird, dessen Außenkonturen mit den gewünschten Innenkonturen der Rohrleitung übereinstimmen, worauf zuerst die Folie und dann die Außenschicht auf die Innenschicht aufgebracht und über die Außenschicht und die Kernenden eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, welcher evakuiert und verschlossen wird, und anschließend bei erhöhter Temperatur und Druck eine Vorhärtung der Innen- und Außenschicht erfolgt, worauf die Vakuumfolie und der Kern entfernt werden, und eine Nachhärtung bei gleichem Druck aber bei einer höheren Temperatur als bei der Vorhärtung erfolgt.
- 5. Verfahren zur Herstellung einer Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschicht, wie an sich bekannt, auf einem nachträglich entfembaren Kem aufgebracht wird, dessen Außenkonturen mit den gewünschten Innenkonturen der Rohrleitung übereinstimmen, worauf über die Innenschicht und die Kernenden eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, welcher evakuiert und verschlossen wird, und anschließend bei erhöhter Temperatur und Druck eine Vorhaltung der Innenschicht erfolgt, worauf die Vakuumfolie und der Kem entfernt, zuerst die Folie und dann die Außenschicht aufgebracht und über die Außenschicht eine Vakuumfolie in Form eines Sackes gestülpt wird, welcher evakuiert und verschlossen wird, und eine Nachhärtung der Innen- und Außenschicht bei gleichem Druck aber bei einer höheren Temperatur als bei der Vorhärtung erfolgt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der entfembare Kem aus einer niedrig schmelzenden Metallegierung hergestellt ist, wobei die Temperatur bei der Vorhärtung niedriger als die Schmelztemperatur des aus einer Metallegierung bestehenden Kernes gewählt wird, und daß der Kem nach der Vorhärtung zur Entfernung desselben auf seine Schmelztemperatur gebracht wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallegierung Wood'sches Metall oder Lötzinn mit einem Schmelzpunkt von 190 bis 210 °C, vorzugsweise 200 °C, verwendet wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhärtung bei einer Temperatur von 168 bis 186 °C, vorzugsweise 177 °C, und die Nachhärtung bei einer Temperatur von 285 bis 315 °C, vorzugsweise 300 °C, erfolgt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhärtung bei einem Druck von 4 bis 10 bar, vorzugsweise 5 bar, erfolgt Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-
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