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Die Erfindung betrifft eine Fluidleitung mit Schlauch.
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Nach einem Durchleiten flüssiger oder zähflüssiger Materialien durch eine Leitung wie beispielsweise einen Schlauch, ein Rohr oder eine Rinne verbleiben Reste des durchgeleiteten Materials oftmals in der Leitung. Je nach Material kann eine aufwendige Reinigung der Leitung notwendig sein, oder die verwendeten Leitungsabschnitte können aufgrund der Materialreste sogar unbrauchbar für eine Wiederverwendung geworden sein, so dass eine Entsorgung der Leitungsabschnitte erforderlich ist.
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Beispielsweise wird bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen in einem Infusionsverfahren flüssiges, reaktives Matrixmaterial häufig durch Schlauch- oder Rohrleitungen in einen Aufbau bestehend aus einem formgebenden Werkzeug und einem trockenen Faservorformling gefördert. Vor allem für solche Bereiche des Leitungssystems, in denen als Matrixmaterial ein reaktives Harz/Härter-Gemisch transportiert wird, entsteht nach Prozessende ein erheblicher Reinigungsaufwand, oder die verwendeten Leitungsabschnitte mit den darin befindlichen Materialresten müssen sogar gänzlich ausgetauscht werden.
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Neben dem hohen Aufwand für Reinigung und/oder Austausch von Leitungsabschnitten mit den damit verbundenen Kosten bedeuten in einer Leitung verbleibende Reste Materialverluste, die ihrerseits Kosten verursachen.
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Ein einfaches Ausblasen oder Spülen der Leitung ist dabei oftmals nicht zweckmäßig: Beispielsweise im genannten Beispiel der Herstellung von Faserverbundbauteilen kann die Leitung nicht entleert und gespült werden, solange sie noch mit dem zu fertigenden Bauteil in Verbindung steht, weil dadurch Lufteinschlüsse im Bauteil erzeugt werden könnten und zudem eine Kontamination des Bauteils nicht ausgeschlossen werden kann. Ein Abkoppeln der Leitung vom Bauteil nach Injektion der erforderlichen Menge an Matrixmaterial ist aber in einigen Fällen nicht praktikabel, weil der Flüssigkeitsdruck bis zur vollständigen Vernetzung des Reaktivsystems aufrecht erhalten werden sollte (z.B. RTM), um eine gute Bauteilqualität zu erzielen. Zudem bringt ein Spülen der Injektionsleitung nach einem Abkoppeln vom Bauteil ein schwieriges Recycling oder aber den Verlust des in der Leitung befindlichen Matrixmaterials und eine Entsorgung des Spülmediums mit sich. Auf diese Weise ist daher eine rückstandsfreie Reinigung der Leitung nahezu unmöglich.
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Die Druckschriften
DE 25 29 551 C3 und
DE 44 25 161 A1 offenbaren für den Wasserleitungs- und Pipeline-Bau Techniken, überschüssiges Material aus einem Rohr zu verdrängen, indem Festkörper (sogenannte Molche) in die Rohrleitung eingesetzt werden, die über eine erzeugte Druckdifferenz angetrieben werden oder über einen eigenen Antrieb verfügen und Restmaterial aus dem Rohr schieben können.
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Bei kleinen Leitungsquerschnitten oder zähflüssigem, gegebenenfalls klebrigen Material ist ein derartiges Vorgehen jedoch nicht praktikabel.
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WO 2003/ 086 671 A1 beschreibt laut Übersetzung der Zusammenfassung Versorgungsleitungen, die Beschichtungsmittel, wie z.B. Lacke, aus einem oder mehreren Beschichtungsmittelbehälter(n) oder -reservoir(en) an Beschichtungsgeräte einer Beschichtungsanlage liefern. Die Versorgungsleitung weist eine Ventileinrichtung auf, die das in der Versorgungsleitung enthaltene Beschichtungsmittelvolumen entgegen der Fließrichtung bei der Verarbeitung von Beschichtungsmitteln in einen Beschichtungsmittelvorratsbehälter oder eine kreisförmige Versorgungsleitung umlenkt. Zur Erleichterung der Entleerung oder Reinigung solcher Versorgungsleitungen ist die Versorgungsleitung durch Beaufschlagung ihres Außenumfangs mit einem Druckmedium radial komprimierbar ausgebildet, so dass der Querschnitt der das Beschichtungsmittel zuführenden Versorgungsleitung bei der Beaufschlagung mit einem Druckmedium minimiert und ein in der Versorgungsleitung enthaltenes Beschichtungsmittelvolumen verdrängt wird.
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US 2012 / 0 305 088 A1 beschreibt laut Übersetzung der Zusammenfassung eine Leitung zum Transport von Milch. Die Leitung ist mit mindestens einer flexiblen Wand versehen, die die Leitung in mindestens einen Milchkanal und mindestens einen Sekundärkanal unterteilt. Der Milchkanal und der mindestens eine Sekundärkanal erstrecken sich entlang einer Längsachse des Kanals, wobei der mindestens eine Milchkanal durch Durchdrücken und Füllen des mindestens einen Sekundärkanals im Wesentlichen entleert werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik zu entwickeln, mit der eine Leitung rein von Resten durchgeleiteten Fluids gehalten wird und mit der Materialverluste und die Menge zu entsorgenden Materials minimiert werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Fluidleitung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Ein zum besseren technischen Verständnis beschriebenes Verfahren zum Reinhalten einer Fluidleitung umfasst ein Durchleiten eines Fluids durch eine Schlauchkammer eines Schlauchs, der sich im Innern der Fluidleitung befindet. Die Schlauchkammer bildet somit für das Fluid einen Durchflussraum im Schlauch. Sie kann sich dabei über den gesamten Innenraum des Schlauches erstrecken, oder sie kann einer von mehreren, voneinander separierten langgestreckten Hohlräumen im Schlauch sein. Die Schlauchkammer weist ein veränderbares Volumen auf.
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Das Verfahren umfasst weiterhin ein Einleiten eines Verdrängungsmediums in einen an die Schlauchkammer angrenzenden Bereich in der Fluidleitung. Das Verdrängungsmedium wird somit in einen Bereich außerhalb der Schlauchkammer eingeleitet, also in einen Bereich, der durch eine Wandung der Schlauchkammer von dieser getrennt ist. Je nach Ausgestaltung der Schlauchkammer kann der Bereich ganz oder teilweise von der Schlauchkammer umgeben sein, die beispielsweise im Querschnitt ringartig um den Bereich herum angeordnet sein kann. Der Bereich kann innerhalb oder außerhalb des Schlauches liegen.
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Das Durchleiten des Fluids durch die Schlauchkammer erlaubt eine Reinhaltung der Fluidleitung von dem Fluidmaterial. Durch das Einleiten des Verdrängungsmediums in den an die Schlauchkammer angrenzenden Bereich wird die Schlauchkammer komprimiert und damit ihr veränderbares Volumen verkleinert. Dadurch werden in der Schlauchkammer befindliche Reste aus dieser heraus gedrängt und die Schlauchkammer somit geleert. So können sowohl eine aufwendige Reinigung der Fluidleitung vermieden als auch Materialverluste und zu entsorgender Abfall reduziert werden.
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In einem Beispiel steht ein Volumen des an die Schlauchkammer angrenzenden Bereichs in der Fluidleitung mit dem veränderbaren Volumen der Schlauchkammer in Wirkverbindung, so dass eine Vergrößerung des Volumens des genannten Bereichs eine Verkleinerung des Volumens der Schlauchkammer bewirken kann. Die Summe aus einem maximalen Volumen der Schlauchkammer und einem maximal möglichen Volumen des angrenzenden Bereichs im Fluidkanal ist also beispielsweise größer als das maximal mögliche Gesamtvolumen von Bereich und Schlauchkammer (das z.B. im Wesentlichen durch ein Fassungsvermögen der Fluidleitung mit dem darin befindlichen Schlauch vorgegeben sein kann).
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Als Fluidleitung kann insbesondere ein Rohr, ein Schlauch oder eine Rinne dienen. Das Verfahren eignet sich für Fluidleitungen verschiedenster Durchmesser. Bevorzugt ist eine Anwendung mit einer Fluidleitung, die in einem Querschnitt einen Durchmesser von 10 cm oder weniger hat, noch bevorzugter 2 cm oder weniger oder sogar weniger als 1 cm. Insbesondere wenn das Verdrängungsmedium ein Gas ist, erleichtern derart kleine Durchmessern den Aufbau eines für eine Verdrängung notwendigen Drucks des Verdrängungsmediums.
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Ein erfindungsgemäßer Schlauch zum Durchleiten eines Fluids ist dazu eingerichtet, in einer Fluidleitung angeordnet zu werden. Er umfasst mindestens eine erste Schlauchkammer zum Durchleiten eines Fluids und mindestens eine zweite Schlauchkammer zum Aufnehmen eines Verdrängungsmediums, in die also ein Verdrängungsmedium eingeleitet werden kann. Die erste Schlauchkammer weist ein veränderbares Volumen auf, das mit einem veränderbaren Volumen der zweiten Schlauchkammer in Wirkverbindung steht.
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Eine Vergrößerung des Volumens der zweiten Schlauchkammer verkleinert also das Volumen der ersten Schlauchkammer. Insbesondere ist eine Summe aus dem maximal möglichen Volumen der ersten Schlauchkammer und dem maximal möglichen Volumen der zweiten Schlauchkammer vorzugsweise größer als das maximal mögliche Gesamtvolumen der beiden Schlauchkammern im Schlauch und/oder in einer Fluidleitung. Ist die erste Schlauchkammer mindestens teilweise mit Fluid gefüllt, kann somit ein Einleiten eines Verdrängungsmediums in die zweite Schlauchkammer das Fluid eine Verdrängung mindestens eines Teils des Fluids bewirken. Dadurch kann der Schlauch für eine Reinhaltung und optimale Entleerung einer Fluidleitung sorgen, in der der Schlauch angeordnet (z.B. eingezogen oder eingelegt) werden kann.
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Die Wirkverbindung kann durch eine nachgebende, flexible oder dehnbare Trennwand zwischen der ersten und der zweiten Schlauchkammer realisiert sein.
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Die zweite Schlauchkammer kann ganz oder teilweise von der ersten Schlauchkammer umgeben sein, die beispielsweise im Querschnitt ringartig um die zweite Schlauchkammer herum angeordnet sein kann. Alternativ kann analog die erste Schlauchkammer kann ganz oder teilweise von der zweiten Schlauchkammer umgeben sein, die im Querschnitt ringartig um die erste Schlauchkammer herum angeordnet sein kann. Insbesondere können die erste und die zweite Schlauchkammer aus zwei Schläuchen gebildet sein, von denen einer im Innern des anderen angeordnet ist und die jeweils eine eigene, vom jeweils anderen Schlauch getrennte Wandung aufweisen können; in einem Querschnitt können die Wandungen also zwei (einfach) geschlossene Kurven bilden, von denen die eine im Inneren der anderen liegt.
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Vorzugsweise ist das maximal mögliche Volumen der zweiten Schlauchkammer im Schlauch im Wesentlichen genauso groß wie das maximale Innenvolumen des Schlauches insgesamt. Das Volumen der zweiten Schlauchkammer kann damit so weit vergrößert werden, dass es das (annähernd) gesamte maximale Innenvolumen des Schlauches einnimmt, so dass das Volumen der ersten Schlauchkammer (annähernd) auf Null reduziert ist, diese also geleert wird. Das gesamte maximale Innenvolumen des Schlauches ist durch eine verstärkte Außenwand des Schlauches begrenzt und/oder kann durch eine Wandung einer Fluidleitung begrenzt sein, in die der Schlauch eingelegt werden kann.
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Der Schlauch kann weiterhin eine dritte Schlauchkammer mit veränderlichem Volumen aufweisen, das mit dem Volumen der zweiten Schlauchkammer (analog zum oben Beschriebenen) in Wirkverbindung steht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn eine Flüssigkeit und/oder ein Gel als Verdrängungsmedium verwendet wird: Dieses kann analog zum Fluid durch Einleiten eines weiteren Verdrängungsmediums in die dritte Schlauchkammer aus der zweiten Schlauchkammer verdrängt werden. Das weitere Verdrängungsmedium ist dabei vorzugsweise ein Gas.
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Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einem Beispiel des Verfahrens das Fluid durch eine erste Schlauchkammer durchgeleitet und das Verdrängungsmedium in die zweite Schlauchkammer des Schlauchs eingeleitet werden, die jeweils veränderbare Volumina aufweisen. Das Verfahren kann weiterhin ein Einleiten eines weiteren Verdrängungsmediums in einen an die zweite Schlauchkammer angrenzenden weiteren Bereich (z.B. anstelle einer dritten Schlauchkammer) im Fluidkanal umfassen; dadurch kann die zweite Schlauchkammer analog zum oben Beschriebenen geleert werden. Der weitere Bereich kann innerhalb eines zusätzlichen Schlauchs angeordnet oder teilweise von einer Wandung der Fluidleitung begrenzt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite (und/oder dritte) Schlauchkammer an einem Ende mindestens einen Zufuhranschluss auf und ist an einem anderen Ende dicht verschlossen. Dadurch kann ein Druckaufbau in der zweiten (bzw. dritten) Schlauchkammer erleichtert werden.
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Alternativ kann zweite (und/oder dritte) Schlauchkammer je mindestens einen Zufuhranschluss und/oder mindestens einen Auslass für das Verdrängungsmedium aufweisen; der Auslass ist dabei vorzugsweise verschließbar, so dass bei einem Einleiten des Verdrängungsmediums ein Druck aufgebaut werden kann, der eine Verdrängung des Fluids aus der ersten (bzw. zweiten) Schlauchkammer ermöglicht. Diese Ausführungsform erlaubt bei geöffnetem Auslass eine Durchleitung von Verdrängungsmedium.
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Insbesondere kann das Verdrängungsmedium zu einer Temperierung des Fluids in der ersten Schlauchkammer genutzt werden, indem das Verdrängungsmedium vor seiner Einleitung in die zweite Schlauchkammer auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt oder abgekühlt wird, beispielsweise unter Verwendung eines Wärmeerzeugers/ Wärmetauschers und/oder einer Umwälzpumpe. Besonders bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform die Verwendung einer Flüssigkeit als Verdrängungsmedium; dadurch wird zum einen eine besonders gute Wärmekapazität, zum anderen ein geringer Fließwiderstand gewährleistet.
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Alternativ kann die zweite (bzw. dritte) Schlauchkammer nur eine einzige Öffnung aufweisen, die einstellbar entweder als Zufuhranschluss oder als Auslass für das Verdrängungsmedium dienen kann. Bei dieser Ausführungsform ist ein Verschlussmechanismus entbehrlich, was eine einfache Verwendung in einer Vorrichtung mit Fluidleitung ermöglicht.
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Eine erfindungsgemäße Fluidleitung kann einen (vorzugsweise herausnehmbaren) Schlauch mit mindestens zwei Schlauchkammern wie oben beschrieben umfassen.
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In einem zum besseren technischen Verständnis beschriebenen Beispiel kann eine Fluidleitung mindestens einen Schlauch umfassen, dessen Volumen mit einem Volumen eines an den Schlauch angrenzenden Bereichs in der Fluidleitung in Wirkverbindung steht. Der angrenzende Bereich ist dabei dazu eingerichtet, ein Verdrängungsmedium durchzuleiten; insbesondere kann er an einen Zufuhranschluss und/oder einen Auslass für das Verdrängungsmedium angeschlossen sein.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst die Fluidleitung zwei Schläuche mit veränderbarem Volumen, deren Volumina miteinander in Wirkverbindung stehen und die mindestens in einem Abschnitt jeweils eine eigene, vom jeweils anderen Schlauch getrennte Wandung aufweisen. In einem Querschnitt bilden die Wandungen der beiden Schläuche somit zwei (einfach) geschlossene Kurven aus, die voneinander getrennt sind. In diesem Fall kann die Summe aus den jeweiligen maximalen Volumina größer sein als das Innenvolumen der Fluidleitung.
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Ein erster der Schläuche kann dabei dazu eingerichtet sein, für ein Durchleiten eines Fluids genutzt zu werden, und der andere Schlauch kann einer Einleitung bzw. Aufnahme von Verdrängungsmedium dienen. Analog zur oben beschriebenen zweiten Schlauchkammer kann der zweite Schlauch je mindestens einen Zufuhranschluss und/oder Auslass aufweisen oder lediglich eine einzige Öffnung haben, die einstellbar entweder als Zufuhranschluss oder als Auslass dienen kann.
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Einer der beiden Schläuche kann zwei oder mehr Schlauchkammern aufweisen, die beide dazu eingerichtet sein können, zum Einleiten von (möglicherweise voneinander verschiedenem) Verdrängungsmedium verwendet zu werden, oder von denen eine für das Durchleiten des Fluids und die andere für das Einleiten eines der Verdrängungsmedien vorgesehen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oder umfasst das Verdrängungsmedium ein Fluid wie beispielsweise Gas, eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) und/oder ein Gel. Eine Flüssigkeit bzw. ein Gas sind dabei für eine genaue Steuerung des Volumenstroms beim Entleeren der (ersten) Schlauchkammer besonders geeignet.
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Insbesondere bei Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Gels als Verdrängungsmedium kann es vorteilhaft sein, eine dritte Kammer in der Leitung vorzusehen und das Abpumpen des Verdrängungsmediums nach Beendigung der Faserverbundbauteilherstellung mit eben demselben Mechanismus zu bewerkstelligen bzw. zu unterstützen. Hierfür wäre das bevorzugte Verdrängungsmedium ein Gas.
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Zum besseren technischen Verständnis beschriebene Beispiele des Verfahrens ergeben sich insbesondere aus der Verwendung von entsprechenden Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schlauchs.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die (erste) Schlauchkammer mindestens teilweise über die Länge der Fluidleitung. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich die zweite Schlauchkammer bzw. der an die erste Schlauchkammer angrenzende Bereich bzw. der zweite Schlauch vorzugsweise mindestens teilweise über die Länge der Fluidleitung. Auf diese Weise kann die Fluidleitung (zumindest weitgehend) über ihre gesamte Länge vorteilhaft für die Fluiddurchleitung genutzt und dabei reingehalten sowie nach dem Durchleiten entleert werden.
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Der mindestens eine Schlauch ist zum Beispiel mindestens teilweise aus einem dünnwandigen, flexiblen Material gebildet. Geeignete Materialien können beispielsweise ein Thermoplast (z.B. PA, PE etc.), Silikon oder Teflon sein. Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst ein Auswählen des Schlauches hinsichtlich dessen Materials unter Berücksichtigung des Fluids und/oder einer bei Verwendung vorherrschenden Temperatur. Dadurch kann eine Beständigkeit des Schlauches bei seiner Verwendung gewährleistet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die (erste) Schlauchkammer mindestens eine Längsrille auf. Dadurch kann das Fließen des Matrixmaterials unterstützt und einem vorzeitigen lokalen Verschließen der Matrixmaterial durchleitenden (ersten) Schlauchkammer vorgebeugt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die (erste) Schlauchkammer in ihrem Innern mindestens einen Draht, und/oder je mindestens eine Litze, Kordel und/oder Schnur aufweisen. Diese Elemente können den Fluss des Matrixmaterials unterstützen und ein vorzeitiges Verschließen verhindern, und sie können darüber hinaus einem erleichterten Einziehen bzw. Entfernen des Schlauchs in die bzw. aus der Fluidleitung dienen.
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Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Schlauch bzw. mindestens einer der Schläuche bzw. eine Wandung der (ersten, zweiten und/oder dritten) Schlauchkammer ein elastisches Material umfasst, das sich auf den Innendurchmesser einer Fluidleitung weiten lässt, für die der Schlauch vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine optimale Durchleitung bzw. ein mindestens annähernd vollständiges Entleeren gewährleistet werden.
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Analog weist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung in einem Querschnitt einen Durchmesser auf, der höchstens so groß ist wie ein Durchmesser der ersten und/oder der zweiten Schlauchkammer bei maximalem Volumen. Wenn die zweite Schlauchkammer maximal mit Verdrängungsmedium gefüllt ist, bleibt somit kein Raum mehr für das Fluid, das damit aus der Leitung verdrängt wurde.
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Das zum besseren technischen Verständnis beschriebene Verfahren umfasst vor dem Durchleiten des Fluids ein Einziehen des Schlauches (bei Ausführungsform mit mehreren Schläuchen ggf. auch des weiteren Schlauches und/oder zusätzlichen Schlauches) in die Fluidleitung. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren nach dem Einleiten des Verdrängungsmediums ein Ablassen oder Abpumpen des Verdrängungsmediums aus dem an die Schlauchkammer angrenzenden Bereich umfassen. Vorzugsweise wird dabei das Verdrängungsmedium erst nach einem Aushärten des Fluids abgelassen bzw. abgepumpt, so dass ein Rückfluss des Fluids in die entleerte Leitung verhindert werden kann. Schließlich kann das Verfahren ein Entfernen des Schlauches (bei einer Ausführungsform mit Verwendung mehrerer Schläuche ggf. auch der Schläuche) aus der Fluidleitung umfassen.
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Die oben beschrieben konfigurierte Fluidleitung kann in alternierendem Betrieb als Pumpe und/oder zur Erzeugung eines Drucks betrieben werden, der höher ist als der von der Misch- und Dosieranlage bereitgestellte.
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Eine zum besseren technischen Verständnis beschriebenes Beispiel betrifft einen Infusionsaufbau zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, der eine Fluidleitung gemäß einer Ausführungsform wie hierin beschrieben umfasst.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombinierbar sind als dargestellt.
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Es zeigen schematisch:
- 1 einen Querschnitt eines beispielhaften Schlauchs in drei verschiedenen Phasen A, B und C des Verfahrens;
- 2 einen Leitungslängsschnitt in drei Phasen A, B, C einer Anwendung eines zum besseren technischen Verständnis beschriebenen Verfahrens;
- 3 einen Leitungsquerschnitt in drei Phasen der in der 2 illustrierten Anwendung; und
- 4a - 4c je einen Leitungsquerschnitt mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Schlauches.
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In 1 ist ein beispielhafter Schlauch 1 im Querschnitt in drei verschiedenen Zuständen dargestellt. Die Zustände werden in unterschiedlichen Phasen eingenommen, die in der 1 mit den Bezeichnungen A, B bzw. C gekennzeichnet sind, deren zeitliche Reihenfolge in der Figur durch Pfeile von links nach rechts angegeben ist.
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Der Schlauch 1 weist eine erste Schlauchkammer 11 zum Durchleiten eines Fluids und eine zweite Schlauchkammer 12 zur Aufnahme eines Verdrängungsmediums auf. Die beiden Schlauchkammern sind durch eine flexible Trennwand 13 voneinander getrennt.
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In der Phase A wird durch die erste Kammer 11 des Schlauchs 1 ein Fluid durchgeleitet; beispielsweise kann dabei ein reaktives Matrixmaterial von einer Misch- und Dosieranlage zu einem geeigneten Formwerkzeug für ein herzustellendes Faserverbundprodukt befördert werden, um dort trockenes Fasermaterial zu infiltrieren. Die zweite Kammer 12 ist während dieser Phase A auf minimales Volumen reduziert, der ersten Kammer 11 steht somit der gesamte Rohrquerschnitt zur Verfügung, was einen geringen Strömungswiderstand bedeutet.
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In der Phase B gegen Ende der Durchleitung des Fluids wird das Verdrängungsmedium in die zweite Kammer 12 des Schlauchs geleitet. Im angegebenen Anwendungsbeispiel kann diese Situation gegen Ende der Infiltration des Fasermaterials eintreten, wenn eine vorgesehene Menge an Matrixmaterial in den Aufbau gefördert wurde.
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Mit der Einleitung von Verdrängungsfluid wird Druck auf die flexible Trennwand 13 ausgeübt, der in der Figur durch entsprechende Pfeile im Schlauch gekennzeichnet ist. Ist dieser Druck wie im dargestellten Fall größer als der im Fluid vorherrschende Druck, gibt die flexible Trennwand 13 in Richtung der ersten Kammer 11 nach, wodurch das Volumen der zweiten Kammer 12 vergrößert und das Volumen der ersten Kammer 11 verkleinert wird. Die Trennwand realisiert somit eine Wirkverbindung der Volumina von erster und zweiter Kammer.
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In der ersten Kammer 11 enthaltenes Fluid wird somit aus der ersten Kammer 11 verdrängt. Im genannten Anwendungsbeispiel kann auf diese Weise Matrixmaterial durch die Leitung zu einem Formwerkzeug hin getrieben werden.
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In der Phase C, wenn in der gezeigten Querschnittsposition (zumindest annähernd) alles Fluid aus dem Schlauch 1 verdrängt wurde, nimmt die zweite Kammer 12 dort den gesamten Rohrquerschnitt ein, und die erste Kammer 11 ist dort praktisch vollständig entleert.
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Bei Verwendung im genannten Beispiel kann nun ein Anschluss des Formwerkzeugs an die Leitung verschlossen und das Verdrängungsmedium aus der zweiten Kammer 12 abgelassen bzw. abgepumpt werden; alternativ zum Verschließen eines Anschlusses kann vor dem Ablassen von Verdrängungsfluid das Aushärten des Matrixmaterials abgewartet werden.
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Schließlich kann der Schlauch aus der Leitung entfernt und entsorgt werden.
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In der 2 sind zur Illustration eines zum besseren technischen Verständnis beschriebenen Verfahrens die analogen Phasen in einem Längsschnitt eines Rohrs 100 schematisch dargestellt.
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In das Rohr 100 ist dabei ein einfacher Folienschlauch 2 eingezogen. Das Innere des Folienschlauchs bildet somit eine Schlauchkammer 21 veränderbaren Volumens zur Durchleitung eines Fluids, beispielsweise eines reaktiven Matrixmaterials. Der Raum zwischen Rohrinnenseite und Folienschlauch bildet einen an die Schlauchkammer angrenzenden Bereich 22.
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Das Rohr 100 weist einen Einlass 110 für Fluid sowie einen seitlichen Zufuhranschluss 101 für die Zufuhr des Verdrängungsmediums auf. Eine Pumpe zum Fördern des Fluids ist nicht dargestellt.
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Insbesondere könnte das Rohr 100 ein Abschnitt einer Rohrleitung zwischen einer (nicht dargestellten) Misch- und Dosieranlage für ein Matrixmaterial und einem (ebenfalls nicht gezeigten) Formwerkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils sein, in das das Matrixmaterial hineingefördert werden soll.
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In Phase A wird ein Fluid durch die im Rohr 100 durch den Einlass 110 der im Rohr 100 befindlichen Schlauchkammer 21 zugeführt und durch diese hindurch geleitet. In der Figur ist der Fluidfluss in Richtung von links nach rechts durch die entsprechenden Pfeile markiert.
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Aufgrund des durch das Fluid (z.B. Matrixmaterial) aufgebrachten Innendrucks legt sich der Folienschlauch 2 bei der Durchleitung an die Innenwand des Rohrs 100 an. Die Schlauchkammer 21 bietet somit einen maximalen Strömungsquerschnitt und minimalen Strömungswiderstand. Das Volumen des an die Schlauchkammer angrenzenden Bereichs 22 im Rohr 100 ist minimiert.
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Nachdem eine vorgesehene Menge an Fluid durch das Rohr geleitet wurde, wird in Phase B ein Verdrängungsmedium in den an die Schlauchkammer 21 angrenzenden Bereich 22 im Rohr 100 geleitet. Im dargestellten Beispiel wurde zuvor der Einlass 110 durch einen Verschluss 120 (der beispielsweise ein Absperrventil einer Zufuhranlage, insbesondere einer Injektionsanlage sein kann) verschlossen, wodurch ein Zurückfließen des Fluids verhindert wird.
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Die Einleitung des Verdrängungsmediums erfolgt durch den Zufuhranschluss 101 für das Verdrängungsmedium hindurch, der an derselben Seite angeordnet ist wie der Einlass 110 für das Fluid. Dadurch wird eine mit der Durchleitungsrichtung des Fluids übereinstimmende Strömungsrichtung des Verdrängungsmediums erzeugt.
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Die Einleitung des Verdrängungsmediums (unter geeignetem Druck) bewirkt eine Kompression der Schlauchkammer 21, mithin eine Reduktion deren Volumens, die in Strömungsrichtung fortschreitet. Dadurch wird noch in der Schlauchkammer befindliches Fluid in Durchflussrichtung (beispielsweise in Richtung auf ein Formwerkzeug zu) verdrängt.
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In der Phase C schließlich nimmt der an die Schlauchkammer angrenzende Bereich 22 im Rohr 100 nahezu das gesamte Rohrvolumen ein, der Folienschlauch 2 und damit die Schlauchkammer 21 ist praktisch vollständig entleert.
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In 3 ist das soeben erläuterte Anwendungsbeispiel im Querschnitt und für einen elastischen Schlauch 2 dargestellt, dementsprechend wurden die Bezugszeichen aus der 2 in 3 beibehalten. Insbesondere entsprechen die Phasen A, B und C den oben mit Bezug auf die 2 erläuterten Phasen.
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Grundsätzlich sind verschiedene Ausführungsformen denkbar, um in einer Fluidleitung in Längsrichtung zwei für eine Durchführung eines Verfahrens geeignete Kammern zu erzeugen.
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Die mit Bezug auf 2 beschriebene Variante, bei der lediglich ein einfacher Schlauch in die Leitung eingezogen wird, ist sicherlich die einfachste. Da hier das Verdrängungsmedium mit der Innenwand der Leitung in Kontakt kommt, ist diese Ausführungsform insbesondere bei Verwendung eines gasförmigen Verdrängungsmediums geeignet.
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Vor allem bei Verwendung einer Flüssigkeit oder eines Gels kann es hingegen vorteilhaft sein, wenn der an die Schlauchkammer angrenzende Bereich gegenüber der Leitungswand abgeschlossen ist. In den 4a, 4b und 4c sind beispielhaft drei solcher Varianten im Querschnitt dargestellt.
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4 a zeigt einen Schlauch 3, der in eine Fluidleitung 200 angeordnet und wie der in 1 dargestellte Schlauch 1 aufgebaut ist. Der Schlauch weist eine erste Kammer 31 und eine zweite Kammer 32 auf.
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4 b zeigt zwei getrennte Schläuche 4, 5, die parallel zueinander in eine Fluidleitung 300 eingezogen sind und eine Schlauchkammer 41 zum Durchleiten eines Fluids beziehungsweise einen an die Schlauchkammer angrenzenden Bereich 42 zur Aufnahme eines Verdrängungsmediums bilden (in den Bereich 42 kann somit das Verdrängungsmedium eingeleitet werden).
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Wenigstens einer der Schläuche hat vorzugsweise ein maximales Innenvolumen, das mindestens so groß ist wie das Innenvolumen der Fluidleitung 300. Bei Verwendung wird vorzugsweise in diesen Schlauch das Verdrängungsmedium eingeleitet. Erreicht dieser Schlauch dabei sein maximales Volumen, ist (zumindest annähernd) alles Fluid aus dem jeweils anderen Schlauch verdrängt. Beispielsweise kann ein derartiger Schlauch mindestens bereichsweise dehnbar sein und/oder flach zusammenzulegen; insbesondere kann ein derartiger Schlauch längs gefaltet in die Fluidleitung eingezogen werden oder worden sein. Eine Wirkverbindung zwischen den Volumina der beiden Schläuche ist insbesondere durch die beide Schläuche einschließende Fluidleitung 300 gegeben.
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4 c zeigt eine Schlauch-in-Schlauch Variante, bei der ein äußerer Schlauch 6 einen inneren Schlauch 7 umgibt. Sowohl der Bereich 53 zwischen dem Schlauch 6 und dem Schlauch 7 als auch das Innere 54 des Schlauchs 7 bilden je eine Schlauchkammer im Schlauch 6 aus, und es ist für das Wirkprinzip der vorliegenden Erfindung unerheblich, ob der innere Schlauch 6 oder der äußere Schlauch 7 für die Durchleitung des Fluids verwendet wird; in den jeweils anderen Schlauch kann erfindungsgemäß das Verdrängungsmedium eingeleitet werden.
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Es versteht sich, dass, wenngleich als Beispiel eine Durchleitung von Matrixmaterial näher ausgeführt ist, die vorliegende Erfindung nicht auf diese eine Anwendung beschränkt ist.
