DE102016011721A1 - Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Beschichtungen auf rohrförmigen Faserverbundwerkstoffen - Google Patents
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Abstract
Bei der Verwendung von Faserverbundrohren, beispielsweise als Spaltrohr, besteht das grundsätzliche Problem möglichst dünnwandige und gleichzeitig diffusionsdichte Faserverbundrohre herzustellen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass thermoplastisches Pulvers oder thermoplastische Folie auf der Außenseite einer Membran aufgebracht wird, diese an der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes positioniert wird und durch Andrücken der Membran an die Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes bei gleichzeitigem Erwärmen des thermoplastischen Werkstoffs dieser auf der Innenseite aufgebracht wird. Derartige Faserverbundrohre dienen insbesondere als Spaltrohr und ermöglichen aufgrund der geringen Wanddicken die Herstellung effizienter Pumpenantriebe.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Beschichtungen auf dünnwandigen rohrförmigen Faserverbundwerkstoffen.
- Das Problem besteht darin, extrem dünnwandige, geometrisch präzise, verzugsfreie und zugleich mediendichte sowie medienbeständige rohrförmige Faserverbundwerkstoffe zu erhalten. Da der Faserverbundwerkstoff aufgrund seiner Zusammensetzung aus Fasern und Matrix nicht auf Dauer mediendicht ist, sind Beschichtungen zum Erreichen der Mediendichtigkeit erforderlich.
- Dünnwandige Beschichtungen auf rohrförmigen Faserverbundwerkstoffen werden beispielsweise als Spaltrohre 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.
- Beispielsweise werden Spaltrohrmotoren 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. Für derartige Anwendungen sind beispielsweise möglichst dünnwandige und zugleich mediendichte rohrförmige Faserverbundwerkstoffe von besonderem Vorteil, da diese das magnetische Feld nur minimalst beeinflussen.
- In vielen Fällen ist man derzeit aufgrund der Anforderungen an die geringe Wanddicke sowie Mediendichtheit und Medienbeständigkeit 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.
- Es ist ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Beschichtungen auf Makro-Faser-Verbunde in der Druckschrift
US 6 629 341 B2 beschrieben, wobei die Beschichtung durch ein Klebeverfahren in Verbindung mit einer duroplastischen Polyimidfolie erfolgt. - Aus
EP 2 293 417 A1 sind Beschichtungen 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. - Aus
DE 10 2006 047 411 A1 ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Wandlerwerkstoff-Modulen bekannt wobei thermoplastisch scheibenartig planare Trägerfolien in einer luftdicht abgeschlossenen Unterdruckeinrichtung verarbeitet werden. - Probleme bestehen darin, dünnwandige rohrförmige Faserverbundstrukturen auf der Innenseite dünnwandig zu beschichten. Es sind Verfahren bekannt, bei der eine rohrförmige Beschichtung in eine rohrförmige Faserverbundstruktur eingepresst wird. Unter anderem Aufgrund der Einpresskräfte und Toleranzen lasse sich auf diese Weise keine besonders dünne Strukturen herstellen.
- Die bekannten Verfahren sind zu aufwändig in der Anwendung, sind auf die Beschichtung rohrförmiger Faserverbundbauteile nicht anwendbar, erlauben nur das Aufbringen metallischer oder dickwandiger Kunststoffbeschichtungen oder halten den Anforderungen an Dichtigkeit, Medienbeständigkeit und Festigkeit nicht stand.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur dünnwandigen Beschichtung rohrförmiger Faserverbundwerkstoffe anzugeben, ohne die Druckfestigkeit, Einsatztemperatur, Medienbeständigkeit und Dichtheit negativ zu beeinflussen und zudem eine verzugsfreie sowie präzise wirtschaftlich fertigbare Lösung zu ermöglichen.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 6 gelöst.
- Das Verfahren eignet sich in besonderer Weise zur Herstellung von Spaltrohren und weist folgende Schritte auf.
- In einem ersten Schritt erfolgt das Aufbringen thermoplastischen Pulvers oder thermoplastischer Folie auf der Außenseite einer Membran. Dies kann beispielsweise durch elektrostatische Aufladung vorteilhaft unterstützt werden. In einem weiteren Schritt erfolgt das Positionieren der mit thermoplastischem Werkstoff belegten Membran im Bereich der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes und im Folgenden das Andrücken der Membran an die Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes und das Erwärmen des thermoplastischen Werkstoffs auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes über Schmelztemperatur bei gleichzeitigem Andrücken des thermoplastischen Werkstoffes auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes. In einem nächsten Schritt erfolgt die Abkühlung des thermoplastischen Werkstoffs auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes unter Schmelztemperatur bei gleichzeitigem Andrücken des thermoplastischen Werkstoffes auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes. In einem weiteren Schritt erfolgt die Entlastung und Entnahme des dünnwandig beschichteten rohrförmigen Faserverbundwerkstoffs.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich sehr dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtungen bis zu einer minimalen Wanddicke von 5 Mikrometern auf zugleich sehr dünnwandigen Faserverbundrohren bis zu einer minimalen Wanddicke des Faserverbundrohres von nur 100 Mikrometern erzeugen.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich besonders dünnwandige Spaltrohre geometrisch präzise 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 100 Mikrometer können erreicht werden.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Bezeichnungen näher beschrieben.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Membran
- 2
- Rohrförmiger Faserverbundwerkstoff
- 3
- Thermoplastische Folie
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Herstellungsvorgangs zur Herstellung des erfindungsgemäßen dünnwandigen, innenbeschichteten, rohrförmigen Faserverbundwerkstoffs wobei im Bereich der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes (2 ) eine mit thermoplastischer Folie (3 ) belegte Membran (1 ) gezeigt ist. -
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Herstellungsvorgangs zur Herstellung des erfindungsgemäßen dünnwandigen, innenbeschichteten, rohrförmigen Faserverbundwerkstoffs wobei die Membran (1 ) welche mit thermoplastischer Folie (3 ) belegt ist, an die Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes (2 ) angedrückt ist und erwärmt wird. -
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten dünnwandig mit thermoplastischer Folie (3 ) innenbeschichteten rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 6629341 B2 [0010]
- EP 2293417 A1 [0011]
- DE 102006047411 A1 [0012]
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung dünnwandiger, innenbeschichteter, rohrförmiger Faserverbundwerkstoffe durch folgende Schritte gekennzeichnet, – Aufbringen thermoplastischen Pulvers oder von thermoplastischer Folie auf der Außenseite einer Membran – Positionieren der mit thermoplastischem Werkstoff belegten Membran im Bereich der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes – Andrücken der Membran, welche mit thermoplastischem Werkstoff belegt ist, an die Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes – Erwärmen des thermoplastischen Werkstoffs auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes über Schmelztemperatur bei gleichzeitigem Andrücken des thermoplastischen Werkstoffes auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes – Abkühlung des thermoplastischen Werkstoffs auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes unter Schmelztemperatur bei gleichzeitigem Andrücken des thermoplastischen Werkstoffes auf der Innenseite des rohrförmigen Faserverbundwerkstoffes – Entlastung und Entnahme des dünnwandig beschichteten rohrförmigen Faserverbundwerkstoffs.
- Verfahren zur Herstellung dünnwandiger, innenbeschichteter, rohrförmiger, Faserverbundwerkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrücken der Membran durch die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Membranwerkstoffs und des Faserverbundwerkstoffs bei Temperaturerhöhung erfolgt.
- Verfahren zur Herstellung dünnwandiger innenbeschichteter rohrförmiger Faserverbundwerkstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrücken der Membran durch die Innendruckbeaufschlagung der Membran erfolgt.
- Dünnwandige, innenbeschichtete, rohrförmige, Faserverbundwerkstoffe nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Beschichtung aus thermoplastischem Kunststoff besteht, die Beschichtung eine Wanddicke unter 0,25 mm aufweist, der rohrförmige Faserverbundwerkstoffe aus einer duromeren Matrix sowie Glas-, Basalt-, Kohlenstoff- oder Kunststofffasern mit einem Faservolumenanteil von über 30% besteht und eine Wanddicke unter 1 mm aufweist.
- Dünnwandige, innenbeschichtete, rohrförmige, Faserverbundwerkstoffe nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Beschichtung 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.
- Dünnwandige, innenbeschichtete, rohrförmige, Faserverbundwerkstoffe nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Faserverbundwerkstoff aus Aminoplasten, Phenoplasten, Polyacrylaten, Epoxyd-, Polyester-, Phenol-, Cyanatester-, Venylesterharz besteht und dass die Fasern im duromeren Faserverbundwerkstoff ganz oder teilweise als kontinuierliche Faserverstärkung vorliegen.
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2016
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| R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
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Owner name: ALBANY ENGINEERED COMPOSITES, INC., ROCHESTER, US Free format text: FORMER OWNER: FUNCK, RALPH, DR., 67661 KAISERSLAUTERN, DE |
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