DE102009001167A1

DE102009001167A1 - Querverteilrohr eines Stoffauflaufs und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009001167A1
Application number: DE200910001167
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Leiser; Thomas Dr. Walther
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Querverteilrohr (1) eines Stoffauflaufs (2) für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension (3) eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, welches einen über die gesamte Maschinenbreite (B) verlaufenden und einen sich in Strömungsrichtung (S) der Faserstoffsuspension (3) vorzugsweise kontinuierlich verjüngenden Querschnitt (A) aufweisenden Hohlraum (4) besitzt, wobei der Hohlraum (4) eine Öffnung (7) zur Zuführung von Faserstoffsuspension (3), gegebenenfalls mindestens eine weitere Öffnung (9) zur Abführung von überschüssiger Faserstoffsuspension (3) und entlang der Maschinenbreite (B) mindestens eine Öffnung (11), vorzugsweise eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen (11), zur Ableitung der zumindest für die Herstellung der Faserstoffbahn benötigten Faserstoffsuspension (3) umfasst. Das erfindungsgemäße Querverteilrohr (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff (13), der wenigstens eine polymere Matrix (14) und Verstärkungsfasern (15) umfasst, aufgebaut ist und dass die Verstärkungsfasern (15) zumindest Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit, SiBCN, SiC und dergleichen, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern umfassen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Querverteilrohrs (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Querverteilrohr eines Stoffauflaufs für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, welches einen über die gesamte Maschinenbreite verlaufenden und einen sich in Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension vorzugsweise kontinuierlich verjüngenden Querschnitt aufweisenden Hohlraum besitzt, wobei der Hohlraum eine Öffnung zur Zuführung von Faserstoffsuspension, gegebenenfalls mindestens eine weitere Öffnung zur Abführung von überschüssiger Faserstoffsuspension und entlang der Maschinenbreite mindestens eine Öffnung, vorzugsweise eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen zur Ableitung der zumindest für die Herstellung der Faserstoffbahn benötigten Faserstoffsuspension umfasst.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Querverteilrohrs.
Ein derartiges Querverteilrohr dient insbesondere dazu, eine Faserstoffsuspension einem Stoffauflauf für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, zuzuführen. Dabei ist es erforderlich, die Faserstoffsuspension gleichmäßig verteilt über die gesamte Breite der Maschine hinweg auszubringen, um damit eine gleichmäßige Dichte des zu entwässernden Guts zu erzielen.
Hierzu ist es erforderlich, dass das Geschwindigkeits- und Druckprofil der Faserstoffsuspension beim Verlassen des Stoffauflaufs in Ausgestaltung eines Faserstoffsuspensionsstrahls in Maschinenrichtung und in Maschinenquerrichtung konstant ist. Für die Querverteilung wird das kreisförmige oder vieleckige und quer zur Maschinenrichtung angeordnete Querverteilrohr eingesetzt. Zur Gewährleistung der Druckkonstanz über die Maschinenbreite hinweg verjüngt sich der Querschnitt des Querverteilrohrs parabolisch.
Nachteil einer derartigen technischen Lösung ist die aufwändige Fertigung des Querverteilrohrs mit nichtlinear veränderlicher Querschnittsform. Das einzelne Querteilrohr wird mehrstückig aus abschnittsweise kegeligen Rohrsegmenten verschweißt und gemäß den Anforderungen an Faserstoff berührte Oberflächen in sehr aufwändiger Weise manuell verschliffen und gegebenenfalls auch noch elektropoliert.
Weiterhin weist ein solches Querverteilrohr mit all seinen weiteren Flanschen, Stutzen, Buchsen und/oder Leisten zu dessen Betrieb samt Anbringungselementen ein nicht zu unterschätzendes Gewicht auf, welches sich insbesondere bei einem Verschwenken des Stoffauflaufs, beispielsweise zwecks Einstellung der Einschussgeometrie des Faserstoffsuspensionsstrahls, nachteilig bemerkbar macht.
Es ist also Aufgabe der Erfindung, ein Querverteilrohr der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sein Fertigungsprozess im Hinblick auf Kosten, Zeitbedarf und dergleichen merklich vereinfacht wird und dass die Produkteigenschaften, wie beispielsweise das Baugruppengewicht, verbessert werden. Außerdem soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung des Querverteilrohrs angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Querverteilrohr der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff, der wenigstens eine polymere Matrix und Verstärkungsfasern umfasst, aufgebaut ist und dass die Verstärkungsfasern zumindest Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit (Mischoxid aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid), SiBCN, SiCN, SiC und dergleichen, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern umfassen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Das erfindungsgemäße, in Composite-Bauweise hergestellte Querverteilrohr zeichnet sich insbesondere durch im Vergleich mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Querverteilrohren deutlich verbesserte Produkteigenschaften aus. Hierbei werden die günstigen Werkstoffeigenschaften von mit Endlosfasern verstärkten Kunststoffen hinsichtlich chemischer Beständigkeit, einstellbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten genutzt. Auch können strömungsoptimale und stetige, zum Beispiel parabolische Querschnittsänderungen über die gesamte Länge des Querverteilrohrs ohne größeren Aufwand an Kosten und Zeit hergestellt werden. Zudem ist keine spanende Nachbearbeitung an der Oberfläche des Querverteilrohrs von Nöten, das herkömmliche manuelle Verschleifen von Absätzen und Schweißnähten erübrigt sich vollständig.
Die polymere Matrix des Faserverbundwerkstoffs umfasst bevorzugt wenigstens ein Duroplast bzw. ein Duromer, insbesondere ein Phenol-Formaldehydharz, ein Silikonharz, ein Melaminharz, ein Epoxidharz oder ein Polyesterharz, ein Thermoplast oder ein Elastomer. Die polymere Matrix gibt dem Faserverbundwerkstoff sein Aussehen. Sowohl der Farbe als auch der Oberflächenstruktur sind wenig Grenzen gesetzt. In mechanischer Hinsicht muss sie die verstärkenden Fasern, insbesondere die Verstärkungsfasern in ihrer Position halten und Spannungen zwischen ihnen übertragen und verteilen. In Bezug auf die Dauerhaftigkeit hat sie die Aufgabe, die Fasern, insbesondere die Verstärkungsfasern vor äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen zu schützen.
Und der Faserverbundwerkstoff weist bevorzugt einen Faservolumenanteil an Verstärkungsfasern von ≥ 30%, vorzugsweise von ≥ 50%, insbesondere von ≥ 60%, auf. Die Fasern, insbesondere die Verstärkungsfasern geben dem Faserver bundwerkstoff die notwendige Festigkeit und Steifigkeit. Neben der Zugfestigkeit kann, falls der Werkstoff auf Druck beansprucht wird, auch die Biegefestigkeit eine Rolle spielen.
Weiterhin sind die Verstärkungsfasern des Faserverbundwerkstoffs bevorzugt in Längsrichtung des Querverteilrohrs, vorzugsweise in einem Winkel von 0° oder annähernd 0° zur Längsrichtung des Querverteilrohrs, und/oder in Querrichtung des Querverteilrohrs, vorzugsweise in einem Winkel von 90° oder annähernd 90° zur Längsrichtung des Querverteilrohrs, ausgerichtet, wobei sie vorzugsweise als Mehrschichtfaserverbund mit Faserausrichtungen in Winkelbereichen von 0 bis 90° zur Längsrichtung des Querverteilrohrs ausgeführt sind. In Längsrichtung des Querverteilrohrs ausgerichtete Verstärkungsfasern sorgen für eine gute bis sehr gute Biegesteifigkeit und in Querrichtung des Querverteilrohrs ausgerichtete Verstärkungsfasern sorgen für die erforderliche Festigkeit gegenüber dem im Querverteilrohr während dessen Betrieb auftretenden Innendruck.
So kann der den Hohlraum bildende Faserverbundwerkstoff für einen Maximaldruck von 18 bar, vorzugsweise von 15 bar, insbesondere von 12 bar, und einen Temperatureinsatzbereich von 15 bis 70°C, vorzugsweise von 20 bis 60°C, insbesondere von 20 bis 55°C, ausgelegt sein. Diese Eigenschaften schaffen somit beste Voraussetzungen für den Einsatz mit einem Stoffauflauf für eine Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, zur Herstellung einer Faserstoffbahn.
Überdies umfasst der Faserverbundwerkstoff bevorzugt einen strukturierten Kern und/oder einen Schaumkern zum Zwecke der Steifigkeitserhöhung, der Schallisolierung, der thermischen Isolierung und/oder der Schwingungsdämpfung.
Und um höhere Oberflächenfestigkeiten, beispielsweise gegen Schlagbeanspruchung, zu realisieren, können dem Faserverbundwerkstoff an Innen- und/oder Außenmantel Wirrfasermatten als Deckschicht eingebracht sein.
Ferner ist das Querverteilrohr bevorzugt mit mindestens einem dem Fachmann bekannten adaptronischen Aktuator oder Sensor zum Zwecke der Beeinflussung der Querschnittsgeometrie versehen. Er kann in der polymeren Matrix integriert oder nachträglich axial und in Umfangsrichtung an der Oberfläche des Querverteilrohrs appliziert werden. Dadurch können Druckschwankungen und Bauteilschwingungen mittels Änderung der Bauteilgeometrie und der Bauteilsteifigkeit gezielt minimiert werden. Adaptronik, in Fachkreisen auch als Smart Structures oder als Smart Materials bezeichnet, ist eine interdisziplinäre, der Mechatronik artverwandte, sich jedoch von ihr unterscheidende Wissenschaft. Die Adaptronik befasst sich allgemein mit dem Aufbau adaptiver, das heißt selbstanpassender, aktiv reagierender mechanischer Struktursysteme. Die in der Adaptronik verwendeten Aktuatoren und Sensoren werden, anders als in der Mechatronik, direkt in den Kraftfluss integriert und nutzen somit die elastmechanischen Eigenschaften der verwendeten Materialien aus. Geeignete adaptronische Aktuatoren oder Sensoren sind beispielsweise piezo-elektrische Elemente.
In dem Querverteilrohr kann auch mindestens ein dem Fachmann bekannter faseroptischer Sensor zur Oberwachung von Schädigungszuständen, beispielsweise infolge eines Impacts von Fremdkörpern, integriert sein. Eine Faseroptik ist dabei eine optische Komponente, die aus vielen parallel angeordneten Glasfasern als Lichtleitern besteht, die in der Regel miteinander zu einem mechanisch homogenen Block verschmolzen sind.
Das Querverteilrohr kann selbstverständlich auch mit weiteren Flanschen, Stutzen, Buchsen und/oder Leisten zu dessen Betrieb versehen sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Querverteilrohrs dadurch gelöst, dass das Querverteilrohr mittels eines Wickelverfahrens, welches vorzugsweise mit einem Harztränkungsverfahren gekoppelt ist, eines Handauflegens mit Vakuumpressen, eines Faserspritzens, einer Prepreg-Technologie oder eines Spritzpressen hergestellt wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auf diese Weise erneut vollkommen gelöst und es ergeben sich auch die bereits genannten erfindungsgemäßen Vorteile.
Das Wickelverfahren, in Fachkreisen auch „Winding” genannt, umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest folgende Verfahrensschritte:

– Tränken des aufzubringenden Faserhalbzeugs mit einem Kunstharz;
– Aufbringen von Faserhalbzeugen, insbesondere von Faser-Rovings auf einem den Hohlraum nachbildenden Kern;
– Entlüften des erzeugten Matrixkomplexes, also der Verbindung zwischen Faser und Matrix; und
– Aushärten.

Das Wickelverfahren stellt keine großen Ansprüche an die Werkzeuge und ist auch für sehr große Bauteile geeignet. Es wird oft im Serienbau eingesetzt, wo zwar leichte Bauteile erwünscht sind, aber auch kostengünstig produziert werden soll. Vorteile sind geringer Werkzeug- und Ausstattungsaufwand, dem gegenüber stehen die geringere Bauteilqualität (geringerer Fasergehalt) und der hohe manuelle Aufwand, der geschulte Arbeitskräfte voraussetzt. Die offene Verarbeitung des Harzes stellt hohe Ansprüche an den Arbeitsschutz.
Hingegen umfasst die Prepreg-Technologie in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest folgende Verfahrensschritte:

– Drapieren von mit Matrixwerkstoff vorimprägnierten, also bereits getränkten Fasermatten auf einem den Hohlraum nachbildenden Kern;
– Entlüften des erzeugten Verbunds mittels Vakuumsack; und
– Aushärten unter Druck und Hitze, vorzugsweise in einem Autoklav.

Das Prepregverfahren ist aufgrund der notwendigen Betriebsaustattung (Kühlanlagen, Autoklav) und der anspruchsvollen Prozessführung (Temperaturmanagement) eines der teuersten Herstellungsverfahren. Es ermöglicht neben dem Faserwickeln und den Injektions- und Infusionsverfahren jedoch die höchsten Bauteilqualitäten. Das Verfahren findet vor allem in der Luft- und Raumfahrt, im Motorsport, sowie für Leistungssportgeräte Anwendung.
Auch kann bei diesen Verfahren der den Hohlraum nachbildende Kern vor der Drapierung mit wenigstens einem Gelcoating versehen werden, um dadurch sehr geringe Rautiefen realisieren zu können. Überdies können mittels des Gelcoatings Faseranhaftungen vermieden und höhere Oberflächenqualitäten als durch Schleifen des bisherigen Metallblechs erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Querverteilrohr lässt sich in hervorragender Weise auch in einer Maschine, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, zur Herstellung einer Faserstoffbahn verwenden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigen
1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Querverteilrohr eines Stoffauflaufs für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine;
2 eine Frontansicht des in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Querverteilrohrs; und
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Querverteilrohrs gemäß der Schnittlinie X-X.
Die 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Querverteilrohr 1 eines nicht näher dargestellten Stoffauflaufs 2 für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension 3 eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine. Bei der Faserstoffbahn kann es sich insbesondere um eine Papier-, Karton- oder Tissuebahn handeln. Der nicht näher gestellte Stoffauflauf 2 ist in seiner angrenzenden Position lediglich teilweise und strichpunktiert angedeutet.
Das Querverteilrohr 1 besitzt einen über die gesamte Maschinenbreite B (Doppelpfeil) verlaufenden und einen sich in Strömungsrichtung S (Pfeil) der Faserstoffsuspension 3 vorzugsweise kontinuierlich verjüngenden Querschnitt A aufweisenden Hohlraum 4 mit starren Wänden 5, wobei eine Wand 5.1 eine planare Außenfläche 6 aufweist (vgl. auch 3).
Der Hohlraum 4 umfasst eine Öffnung 7 zur Zuführung von Faserstoffsuspension 3 mittels einer angeschlossenen Speiseleitung 8 (Pfeil), eine weitere Öffnung 9 zur Abführung von überschüssiger Faserstoffsuspension 3 mittels einer angeschlossenen Rückleitung 10 (Pfeil) und entlang der Maschinenbreite B (Doppelpfeil) eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen 11 zur Ableitung der zumindest für die Herstellung der Faserstoffbahn benötigten Faserstoffsuspension 3 (Pfeil) (vgl. auch 3).
Ferner weist das Querverteilrohr 1 weitere Flansche, Stutzen, Buchsen und/oder Leisten zu dessen Betrieb samt Anbringungselemente 12 auf.
Das Querverteilrohr 1 ist nun aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff 13, der wenigstens eine polymere Matrix 14 und Verstärkungsfasern 15 umfasst, aufgebaut. Die Verstärkungsfasern 15 umfassen hierbei zumindest Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit (Mischoxid aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid), SiBCN, SiCN, SiC und dergleichen, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern.
Die polymere Matrix 14 des Faserverbundwerkstoffs 13 umfasst wenigstens ein Duroplast bzw. ein Duromer, insbesondere ein Phenol-Formaldehydharz, ein Silikonharz, ein Melaminharz, ein Epoxidharz oder ein Polyesterharz, ein Thermoplast oder ein Elastomer. Ferner weist der Faserverbundwerkstoff 13 einen Faser volumenanteil an Verstärkungsfasern 15 von ≥ 30%, vorzugsweise von ≥ 50%, insbesondere von ≥ 60%, auf.
Die Verstärkungsfasern 15 des Faserverbundwerkstoffs 13 sind in Längsrichtung L (Pfeil) des Querverteilrohrs 1, vorzugsweise in einem Winkel α von 0° oder annähernd 0° zur Längsrichtung L (Pfeil) des Querverteilrohrs 1, und/oder in Querrichtung Q (Pfeil) des Querverteilrohrs 1, vorzugsweise in einem Winkel α von 90° oder annähernd 90° zur Längsrichtung L (Pfeil) des Querverteilrohrs 1, ausgerichtet, wobei sie vorzugsweise als Mehrschichtfaserverbund mit Faserausrichtungen in Winkelbereichen von 0 bis 90° zur Längsrichtung L (Pfeil) des Querverteilrohrs 1 ausgeführt sind.
Und der den Hohlraum 4 bildende Faserverbundwerkstoff 13 ist für einen Maximaldruck pmax von 18 bar, vorzugsweise von 15 bar, insbesondere von 12 bar, und einen Temperatureinsatzbereich T von 15 bis 70°C, vorzugsweise von 20 bis 60°C, insbesondere von 20 bis 55°C, ausgelegt.
Weiterhin kann der Faserverbundwerkstoff 13 einen strukturierten Kern 16.1 und/oder einen Schaumkern 16.2 zum Zwecke der Steifigkeitserhöhung, der Schallisolierung, der thermischen Isolierung und/oder der Schwingungsdämpfung umfassen (vgl. 3).
Auch können dem Faserverbundwerkstoff 13 an Innen- und/oder Außenmantel Wirrfasermatten 17 als Deckschicht 18 eingebracht sein, um höhere Oberflächenfestigkeiten, beispielsweise gegen Schlagbeanspruchung, zu realisieren (vgl. 3).
Das Querverteilrohr 1 ist mit mindestens einem lediglich angedeuteten adaptronischen Aktuator oder Sensor 19 zum Zwecke der Beeinflussung der Querschnittsgeometrie versehen. Und in dem Querverteilrohr 1 ist mindestens ein lediglich angedeuteter faseroptischer Sensor 20 zur Überwachung von Schädigungszuständen, beispielsweise infolge eins Impacts von Fremdkörpern, integriert.
Das Querverteilrohr 1 wird bevorzugt mittels eines Wickelverfahrens, welches vorzugsweise mit einem Harztränkungsverfahren gekoppelt ist, eines Handauflegens mit Vakuumpressen, eines Faserspritzens, einer Prepreg-Technologie oder eines Spritzpressen hergestellt.
Das Wickelverfahren kann zumindest folgende Verfahrensschritte umfassen: Tränken des aufzubringenden Faserhalbzeugs mit einem Kunstharz; Aufbringen von Faserhalbzeugen, insbesondere von Faser-Rovings auf einem den Hohlraum 4 nachbildenden Kern; Entlüften des erzeugten Matrixkomplexes, also der Verbindung zwischen Faser und Matrix; und Aushärten.
Hingegen kann die Prepreg-Technologie zumindest folgende Verfahrensschritte umfassen: Drapieren von mit Matrixwerkstoff vorimprägnierten, also bereits getränkten Fasermatten auf einem den Hohlraum nachbildenden Kern; Entlüften des erzeugten Verbunds mittels Vakuumsack; und Aushärten unter Druck und Hitze, vorzugsweise in einem Autoklav.
Überdies kann der den Hohlraum 4 nachbildende Kern vor der Drapierung mit wenigstens einem dem Fachmann bekannten Gelcoating versehen werden, um dadurch sehr geringe Rautiefen realisieren zu können.
Die 2 zeigt eine Frontansicht des in der 1 dargestellten Querverteilrohrs 1 eines nicht näher dargestellten Stoffauflaufs 2 für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension 3 eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine. Bei der Faserstoffbahn kann es sich insbesondere um eine Papier-, Karton- oder Tissuebahn handeln.
Das vorstehend beschriebene Querverteilrohr 1 besitzt einen über die gesamte Maschinenbreite B (Doppelpfeil) verlaufenden und einen sich in Strömungsrichtung S (Pfeil) der Faserstoffsuspension 3 vorzugsweise kontinuierlich verjüngen den Querschnitt A aufweisenden Hohlraum 4 mit starren Wänden 5, wobei eine Wand 5.1 eine planare Außenfläche 6 aufweist.
Der Hohlraum 4 umfasst eine Öffnung 7 zur Zuführung von Faserstoffsuspension 3 mittels einer angeschlossenen Speiseleitung 8 (Pfeil), eine weitere Öffnung 9 zur Abführung von überschüssiger Faserstoffsuspension 3 mittels einer angeschlossenen Rückleitung 10 (Pfeil) und entlang der Maschinenbreite B (Doppelpfeil) eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen 11 zur Ableitung der zumindest für die Herstellung der Faserstoffbahn benötigten Faserstoffsuspension 3.
Ferner weist das Querverteilrohr 1 weitere Flansche, Stutzen, Buchsen und/oder Leisten zu dessen Betrieb samt Anbringungselemente 12 auf.
Das Querverteilrohr 1 ist nun aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff 13, der wenigstens eine polymere Matrix 14 und Verstärkungsfasern 15 umfasst, aufgebaut. Die Verstärkungsfasern 15 umfassen zumindest Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit (Mischoxid aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid), SiBCN, SiCN, SiC und dergleichen, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern.
Und die 3 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des in der 1 dargestellten erfindungsgemäßen Querverteilrohrs 1 gemäß der Schnittlinie X-X.
Das Querverteilrohr 1 ist, wie bereits ausgeführt, aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff 13, der wenigstens eine polymere Matrix 14 und Verstärkungsfasern 15 umfasst, aufgebaut. Die Verstärkungsfasern 15 umfassen zumindest Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit (Mischoxid aus Aluminiumoxid und Siliziumdioxid), SiBCN, SiCN, SiC und dergleichen, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern.
Die polymere Matrix 14 des Faserverbundwerkstoffs 13 umfasst wenigstens ein Duroplast bzw. ein Duromer, insbesondere ein Phenol-Formaldehydharz, ein Sili konharz, ein Melaminharz, ein Epoxidharz oder ein Polyesterharz, ein Thermoplast oder ein Elastomer. Ferner weist der Faserverbundwerkstoff 13 einen Faservolumenanteil an Verstärkungsfasern 15 von ≥ 30%, vorzugsweise von ≥ 50%, insbesondere von ≥ 60%, auf.
Und der den Hohlraum 4 bildende Faserverbundwerkstoff 13 ist für einen Maximaldruck pmax von 18 bar, vorzugsweise von 15 bar, insbesondere von 12 bar, und einen Temperatureinsatzbereich T von 15 bis 70°C, vorzugsweise von 20 bis 60°C, insbesondere von 20 bis 55°C, ausgelegt.
Weiterhin kann der Faserverbundwerkstoff 13 einen strukturierten Kern 16.1 und/oder einen Schaumkern 16.2 zum Zwecke der Steifigkeitserhöhung, der Schallisolierung, der thermischen Isolierung und/oder der Schwingungsdämpfung umfassen.
Auch können dem Faserverbundwerkstoff 13 an Innen- und/oder Außenmantel Wirrfasermatten 17 als Deckschicht 18 eingebracht sein, um höhere Oberflächenfestigkeiten, beispielsweise gegen Schlagbeanspruchung, zu realisieren.
Das Querverteilrohr 1 ist mit mindestens einem lediglich angedeuteten adaptronischen Aktuator oder Sensor 19 zum Zwecke der Beeinflussung der Querschnittsgeometrie versehen. Und in dem Querverteilrohr 1 ist mindestens ein lediglich angedeuteter faseroptischer Sensor 20 zur Überwachung von Schädigungszuständen, beispielsweise infolge eines Impacts von Fremdkörpern, integriert.
Weiterhin eignet sich das in den 1 bis 3 dargestellte Querverteilrohr in hervorragender Weise auch zur Verwendung in einer Maschine, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, zur Herstellung einer Faserstoffbahn.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die Erfindung ein Querverteilrohr der eingangs genannten Art so weitergebildet wird, dass sein Fertigungsprozess im Hinblick auf Kosten, Zeitbedarf und dergleichen merklich vereinfacht ist und dass die Produkteigenschaften, wie beispielsweise das Baugruppengewicht, verbessert sind.

1: Querverteilrohr
2: Stoffauflauf
3: Faserstoffsuspension
4: Hohlraum
5: Wand
5.1: Wand
6: Außenfläche
7: Öffnung
8: Speiseleitung (Pfeil)
9: Öffnung
10: Rückleitung (Pfeil)
11: Öffnung
12: Anbringungselement
13: Faserverbundwerkstoff
14: Polymere Matrix
15: Verstärkungsfaser
16.1: Strukturierter Kern
16.2: Schaumkern
17: Wirrfasermatten
18: Deckschicht
19: Adaptronischer Aktuator oder Sensor
20: Faseroptischer Sensor
A: Querschnitt
B: Maschinenbreite (Doppelpfeil)
L: Längsrichtung (Pfeil)
pmax: Maximaldruck
Q: Querrichtung (Pfeil)
S: Strömungsrichtung (Pfeil)
T: Temperatureinsatzbereich
X-X: Schnittlinie
α: Winkel

Claims

Querverteilrohr (1) eines Stoffauflaufs (2) für eine aus wenigstens einer Faserstoffsuspension (3) eine Faserstoffbahn herstellende Maschine, insbesondere eine Papier- oder Kartonmaschine, welches einen über die gesamte Maschinenbreite (B) verlaufenden und einen sich in Strömungsrichtung (S) der Faserstoffsuspension (3) vorzugsweise kontinuierlich verjüngenden Querschnitt (A) aufweisenden Hohlraum (4) besitzt, wobei der Hohlraum (4) eine Öffnung (7) zur Zuführung von Faserstoffsuspension (3), gegebenenfalls mindestens eine weitere Öffnung (9) zur Abführung von überschüssiger Faserstoffsuspension (3) und entlang der Maschinenbreite (B) mindestens eine Öffnung (11), vorzugsweise eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen (11) zur Ableitung der zumindest für die Herstellung der Faserstoffbahn benötigten Faserstoffsuspension (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff (13), der wenigstens eine polymere Matrix (14) und Verstärkungsfasern (15) umfasst, aufgebaut ist und dass die Verstärkungsfasern (15) zumindest Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern aus Aluminiumoxid, Mullit, SiBCN, SiCN, SiC und dergleichen, Aramidfasern, Borfasern, Stahlfasern, Naturfasern und/oder Nylonfasern umfassen.
Querverteilrohr (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Matrix (14) des Faserverbundwerkstoffs (13) wenigstens ein Duroplast bzw. ein Duromer, insbesondere ein Phenol-Formaldehydharz, ein Silikonharz, ein Melaminharz, ein Epoxidharz oder ein Polyesterharz, ein Thermoplast oder ein Elastomer umfasst.
Querverteilrohr (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff (13) einen Faservolumenanteil an Verstärkungsfasern (15) von ≥ 30%, vorzugsweise von ≥ 50%, insbesondere von ≥ 60%, aufweist.
Querverteilrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (15) des Faserverbundwerkstoffs (13) in Längsrichtung (L) des Querverteilrohrs (1), vorzugsweise in einem Winkel (α) von 0° oder annähernd 0° zur Längsrichtung (L) des Querverteilrohrs (1), und/oder in Querrichtung (Q) des Querverteilrohrs (1), vorzugsweise in einem Winkel (α) von 90° oder annähernd 90° zur Längsrichtung (L) des Querverteilrohrs (1), ausgerichtet sind, wobei sie vorzugsweise als Mehrschichtfaserverbund mit Faserausrichtungen in Winkelbereichen von 0 bis 90° zur Längsrichtung (L) des Querverteilrohrs (1) ausgeführt sind.
Querverteilrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Hohlraum (4) bildende Faserverbundwerkstoff (13) für einen Maximaldruck (pmax) von 18 bar, vorzugsweise von 15 bar, insbesondere von 12 bar, und einen Temperatureinsatzbereich (T) von 15 bis 70°C, vorzugsweise von 20 bis 60°C, insbesondere von 20 bis 55°C, ausgelegt ist.
Querverteilrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff (13) einen strukturierten Kern (16.1) und/oder einen Schaumkern (16.2) zum Zwecke der Steifigkeitserhöhung, der Schallisolierung, der thermischen Isolierung und/oder der Schwingungsdämpfung umfasst.
Querverteilrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Faserverbundwerkstoff (13) an Innen- und/oder Außenmantel Wirrfasermatten (17) als Deckschicht (18) eingebracht sind, um höhere Oberflächenfestigkeiten, beispielsweise gegen Schlagbeanspruchung, zu realisieren.
Querverteilrohr (1) nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens einem adaptronischen Aktuator oder Sensor (19) zum Zwecke der Beeinflussung der Querschnittsgeometrie versehen ist.
Querverteilrohr (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm mindestens ein faseroptischer Sensor (20) zur Überwachung von Schädigungszuständen, beispielsweise infolge eines Impacts von Fremdkörpern, integriert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Querverteilrohrs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querverteilrohr (1) mittels eines Wickelverfahrens, welches vorzugsweise mit einem Harztränkungsverfahren gekoppelt ist, eines Handauflegens mit Vakuumpressen, eines Faserspritzens, einer Prepreg-Technologie oder eines Spritzpressen hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelverfahren zumindest folgende Verfahrensschritte umfasst: – Tränken des aufzubringenden Faserhalbzeugs mit einem Kunstharz; – Aufbringen von Faserhalbzeugen, insbesondere von Faser-Rovings auf einem den Hohlraum (4) nachbildenden Kern; – Entlüften des erzeugten Matrixkomplexes, also der Verbindung zwischen Faser und Matrix; und – Aushärten.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg-Technologie zumindest folgende Verfahrensschritte umfasst: – Drapieren von mit Matrixwerkstoff vorimprägnierten, also bereits getränkten Fasermatten auf einem den Hohlraum (4) nachbildenden Kern; – Entlüften des erzeugten Verbunds mittels Vakuumsack; und – Aushärten unter Druck und Hitze, vorzugsweise im Autoklav.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der den Hohlraum (4) nachbildende Kern vor der Drapierung mit wenigstens einem Gelcoating versehen wird, um dadurch sehr geringe Rautiefen realisieren zu können.
Maschine, insbesondere einer Papier- oder Kartonmaschine, zur Herstellung einer Faserstoffbahn, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein Querverteilrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.