DE102016010590A1

DE102016010590A1 - Spaltrohr

Info

Publication number: DE102016010590A1
Application number: DE102016010590.9A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Albany Engineered Composites Inc
Priority date: 2016-09-04
Filing date: 2016-09-04
Publication date: 2018-03-08
Also published as: DE202016005992U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr welches wenigstens aus eine Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch besteht und diese wenigstens teilweise durch duromeren Faserverbundwerkstoff umgeben ist. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde ein dünnwandiges Spaltrohr für Spaltrohrmotoren zu entwickeln, ohne die Druckfestigkeit, Einsatztemperatur, Medienbeständigkeit und Dichtheit negativ zu beeinflussen. Weiterhin soll die Erfindung Wirbelstromverluste im Spaltrohrmotor vermeiden und zudem eine verzugsfreie sowie präzise wirtschaftlich fertigbare Lösung ermöglichen. Um dies zu erreichen, wird eine Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch durch duromeren Faserverbundwerkstoff umgeben.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein dünnwandiges Spaltrohr.
Spaltrohre werden häufig in Spaltrohrmotoren eingesetzt. Der Spaltrohrmotor ist ein Elektromotor, bei dem Rotor und Stator durch ein Spaltrohr getrennt sind. Das Spaltrohr befindet sich im Luftspalt zwischen Stator und Rotor des Motors, daher der Name. Es ermöglicht eine Abdichtung der rotierenden Teile gegenüber den stehenden Teilen.
Der Spaltrohrmotor wird häufig zum Antrieb von Pumpen eingesetzt und bietet den Vorteil, dass Pumpe und Motor in einer Einheit ohne der Notwendigkeit einer Wellen- oder Gleitringdichtung gebaut werden können, was zudem den Platzbedarf verringert. Dabei ist das Spaltrohr meist mit einem Innendruck beaufschlagt.
Spaltrohre finden auch in verschiedene Motoren mit flüssigkeitsgefüllten Statoren Einsatz. Die Flüssigkeit in den Statoren dient dabei häufig zur Kühlung der Statoren. Dabei dient das Spaltrohr dazu, die Flüssigkeit gegenüber dem Rotor abzudichten und das Spaltrohr ist meist mit einem Außendruck beaufschlagt.
Die Effizienz von Spaltrohrmotoren hängt zudem signifikant von der Größe des Spaltes zwischen Stator und Rotor ab. Je kleiner der Spalt zwischen Stator und Rotor ist, desto größer die Effizienz des Motors.
In vielen Fällen ist man gezwungen auf metallisches Spaltrohrmaterial zurückzugreifen, wie etwa Edelstahl. Damit verbunden sind elektromagnetische Eigenschaften des Materials, die aufgrund der umlaufenden Feldwellen im Luftspalt der Spaltrohrmotoren zu Wirbelstromverlusten in den Spaltrohren führen.
Es besteht daher der Wunsch nach einfachen, dünnwandigen Spaltrohren aus Materialien, die zu geringen bzw. zu keinen Wirbelstromverlusten in den Spaltrohren führen.
Faserverbundwerkstoffe eignen sich aufgrund ihrer Materialeigenschaften, insbesondere aufgrund der hohen Festigkeiten und Steifigkeiten bei zugleich geringer bis keiner Beeinflussung des Magnetfeldes in Spaltrohrmotoren, in besonderer Weise zur Herstellung besonders dünnwandiger Spaltrohre. Nachteilig ist die Mediendurchlässigkeit von Faserverbundwerkstoffen. Dies wird durch Kombination der Faserverbundwerkstoffe mit dichtenden Materialien vermieden, und führt bei bekannten Ausführungsformen zu unerwünschten Wanddickenerhöhungen.
Bauarten mit dünnen Beschichtungen sind in seltenen Fällen bekannt. Dabei sind beispielsweise dünne Folien als Beschichtung auf Stoß aneinander gesetzt und/oder überlappend bzw. teilweise überlappend aufgebracht, wodurch sich eine Beschichtung zur Abdichtung ergibt. Eine Abdichtung im Einbauzustand derartiger Spaltrohre, beispielsweise mit Dichtringen, führt insbesondere im Bereich der auf Stoß oder überlappenden Bereichen der Beschichtung in dem Spaltrohrmotor zu Leckagen.
Aus EP 2 293 417 A1 sind Spaltrohre bekannt, deren innere Lage aus thermoplastischem Material besteht, welche zumindest teilweise mit einer Stützlage aus thermoplastischem Band auf der Außenseite umgeben ist. Die Stützlagen aus thermoplastischem Band lassen sich nur sehr aufwändig aufbringen und führen bei dünnwandiger Ausführung der inneren Lage aus thermoplastischem Material zu erheblichem Verzug der inneren Lage. Zudem lassen sich die Stützlagen aus thermoplastischem Band nur mit unerwünscht großen Bandwanddicken aufbringen, wodurch sich eine unerwünscht große Gesamtwanddicke des Spaltrohres ergibt.
Es werden häufig Ablösungen der Beschichtung bei Druckunterschieden beobachtet, zudem lassen sich die Bauarten nur in sehr begrenzten Temperaturbereichen einsetzen.
Die bekannten Ausführungsformen an Spaltrohren führen zu großen Wanddicken der Spaltrohre, sind zu aufwändig zu fertigen oder halten den Anforderungen an Dichtigkeit und Festigkeit nicht stand.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde ein dünnwandiges Spaltrohr für Spaltrohrmotoren zu entwickeln, ohne die Druckfestigkeit, Einsatztemperatur, Medienbeständigkeit und Dichtheit negativ zu beeinflussen. Weiterhin soll die Erfindung Wirbelstromverluste im Spaltrohrmotor vermeiden und zudem eine verzugsfreie sowie präzise wirtschaftlich fertigbare Lösung ermöglichen.
Um dies zu erreichen, wird eine Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch durch duromeren Faserverbundwerkstoff umgeben. Ein Schrumpfschlauch (auch als shrink sleeve bekannt) ist ein Kunststoffschlauch, der sich unter Hitzeeinwirkung zusammenzieht. Ein Schrumpfschlauch ist inhomogen da, um ein Schrumpfen des Materials bei Erhitzung zu erreichen, die Kunststoffe beispielsweise nach der Herstellung vernetzt werden. Durch die Vernetzung werden die Molekülketten untereinander verbunden und das im warmen Zustand befindliche Material wird ausgeweitet und in diesem Zustand abgekühlt, um die Dehnung einzufrieren, so dass der ausgeweitete Durchmesser erhalten bleibt. Erst durch Erhitzen kann sich der Schrumpfschlauch zurückorientieren.
Der Einsatz eines dünnwandigen Schrumpfschlauchs in Kombination mit duromeren Faserverbundwerkstoffen ist dabei keinesfalls naheliegend, da ein Fachmann davon ausgeht, dass es keinen geeigneten Herstellprozess gibt, beispielsweise einen Schrumpfschlauch als innere Lage in ein Spaltrohr zu bringen. Weiterhin ergibt sich für den Fachmann die Frage, wie sich eine Verbindung zwischen Schrumpfschlauch und duromeren Faserverbundwerkstoff erzeugen lässt und wie sich der Schrumpfschlauch in Kombination mit duromeren Faserverbundwerkstoff präzise und in engen Toleranzen halten lässt.
Durch die erfindungsgemäße Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch lassen sich Wanddicken dieser Lage zwischen 5 Mikrometer und 0,5 mm bei gleichzeitiger hoher Präzision der erreichbaren Toleranzen realisieren. Derart dünne Lagen, die im Wesentlichen zur Abdichtung und Reduzierung der Mediendurchlässigkeit durch den umgebenden Faserverbundwerkstoff dienen, lassen sich in bisher bekannten Verfahren in geeigneter Fertigungstoleranz nicht wirtschaftlich realisieren.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch mit dünnwandigem duromeren Faserverbundwerkstoff lassen sich besonders dünnwandige Spaltrohre wirtschaftlich fertigen ohne nachteilige Stöße und/oder Überlappungen im abdichtenden Bereich zu erzeugen.
Der umgebende duromere Faserverbundwerkstoff kann besonders dünnwandig hergestellt werden. Wanddicken des duromeren Faserverbundwerkstoffs von nur 10 Mikrometer können erreicht werden.
In einem ersten Aspekt der Erfindung handelt es sich um eine innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur bei der ein Schrumpfschlauch mit einer Dicke ab 5 μm bis 0,5 mm als innere Lage dient und eine dünnwandige äußere Faserverbundstruktur als tragende Lage dient. Die Faserverbundstruktur hat dabei eine Wanddicke von nur 10 Mikrometer.
Möglich sind erfindungsgemäß auch deutlich größere Wanddicken der Faserverbundstruktur. Beide Lagen sind bei diesem ersten Aspekt der Erfindung durch Adhäsion miteinander verbunden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich um eine außendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur bei der ein Schrumpfschlauch mit einer Dicke ab 5 μm bis 0,5 mm als äußere Lage dient und eine dünnwandige innere Faserverbundstruktur als tragende Lage dient. Beide Lagen sind bei diesem Aspekt der Erfindung nicht miteinander verbunden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Bauart konisch, oval und/oder weist Durchmesserübergänge auf und/oder ist in Form eines Rohrbogens, Krümmers, T-Stücks ausgebildet.
Der Schrumpfschlauch kann zudem organische und/oder anorganische Füllmaterialien aufweisen bis hin zu Nanopartikeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht mit Schnitt des erfindungsgemäßen Spaltrohrs in einer ersten Ausführungsform in zylindrischer Bauart, bei der eine Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch (1) auf der Innenseite des Spaltrohres und duromerer Faserverbundwerkstoff (2) dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2293417 A1 [0010]

Claims

Spaltrohr dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch besteht und diese wenigstens teilweise durch duromeren Faserverbundwerkstoff umgeben ist.
Spaltrohr nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der dünnwandige Schrumpfschlauch aus Polyolefin, PVDF, OPS, PET, PLA, PVC, PVDF, PTFE, Elastomer, Flurelastomer, PP, PE, PIB, PB, PEEK, PPS, PA, PK, PMP, POM, PMMA, PS, ABS besteht.
Spaltrohr nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass der duromere Faserverbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern besteht.
Spaltrohr nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der duromere Faserverbundwerkstoff aus Aminoplasten, Phenoplasten, Polyacrylaten, Epoxyd-, Polyester-, Phenol-, Cyanatester-, Venylester-harz besteht.
Spaltrohr nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern im duromeren Faserverbundwerkstoff ganz oder teilweise als kontinuierliche Faserverstärkung vorliegen.