DE102020205285A1

DE102020205285A1 - Spaltrohr

Info

Publication number: DE102020205285A1
Application number: DE102020205285.9A
Authority: DE
Inventors: David Finck; Felix Ntourmas; Christian Seidel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft Spaltrohr für einen Elektromotor, eine elektrische rotierende Maschine und/oder eine Flüssigkeitspumpe. Durch die Erfindung wird erstmals ein hybrider Aufbau aus zumindest teilweise überlappenden Schichten und/oder Laminatlagen eines Spaltrohres vorgestellt. Dabei ermöglicht eine Umfangswicklung bei der Herstellung des Spaltrohres einen Einsatz von besonders steifen, aber elektrisch leitfähigen, Kohlenstofffasern für die Herstellung des Spaltrohres.

Description

Die Erfindung betrifft Spaltrohr für einen Elektromotor, eine elektrische rotierende Maschine und/oder eine Flüssigkeitspumpe.
Der Steigerung der Leistungsdichte von elektrischen rotierenden Maschinen kommt auf dem elektrifizierten Gebiet der Mobilität, wie z. B. bei elektrisch angetriebenen Kraftwagen wie Bussen, Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, bei Zügen und Schiffen, sowie Flugzeugen immer größere Bedeutung zu, weil sich durch leistungsstärkere Motoren Gewicht einsparen lässt.
Daher wird verstärkt auf flüssigkeitsgekühlte elektrische rotierende Maschinen, insbesondere Elektromotoren, gesetzt.
Dimensionierend für die elektrische Leistungsdichte einer elektrischen rotierenden Maschine ist die produzierte Abwärme mit den damit einhergehenden Problemen. Ein Problem ist z.B. das Versagen der polymeren Isolation der Wickelspulen in den Blechpaketen des Stators jedes Elektromotors. Daher ist auch typischerweise die maximale Temperatur in der Stator-Wicklung bei der Entwicklung höherer Leistungsdichten im Elektromotor ein besonders kritischer Punkt.
Für kleinere Maschinen und Flüssigkeitspumpen werden bereits Spaltrohre eingesetzt. Diese bestehen teilweise aus speziellem Metall oder aus Faserverbundmaterialien. Ein Faserverbundwerkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass im Faserverbundwerkstoff zumindest ein Matrixmaterial und darin eingebettet zumindest eine Art Verstärkungsfasern vorliegen. Für die Spaltrohre aus Metall ist die Dichtigkeit und Barrierewirkung des Materials „Metall“ vollkommen ausreichend. Allerdings führen die metallischen Spaltrohre wegen der elektrischen Leitfähigkeit des Materials zu großen Effektivitätsverlusten. Es gibt auch schon Spaltrohre aus Faserverbundwerkstoff, beispielsweise aus polymerem oder keramischem Matrixmaterial mit Faserverstärkung. Diese Faserverbundwerkstoffe besitzen im Vergleich zu Spaltrohren aus Metall eine niedrigere Medienbarriere gegen Durchdringen von Flüssigkeiten wie Kühlflüssigkeit vom Stator in den Luftspalt, deswegen werden diese Spaltrohre aus Faserverbundwerkstoff in der Regel dickwandig ausgeführt, weil dünnwandige Ausführungen keine ausreichende Mediendichtigkeit haben.
Aus der EP 2188 882 B1 ist ein Elektromotor mit einem Spaltrohr bekannt, wobei das Spaltrohr aus einer keramikverstärkten Polymermatrix besteht und die Fasern als Endlosfasern in einer Länge von mindestens 30mm ausgebildet sind.
Nachteilig an diesem bekannten Spaltrohr ist das Sprödbruchverhalten des keramischen Verbundwerkstoffes, das durch die Einbettung der Verstärkungsfasern nur teilweise verbessert werden kann. Zudem ist es problematisch, mit dem keramisch verstärkten Verbundwerkstoff tatsächlich eine sehr dünnwandige Bauweise des Spaltrohres zu verwirklichen, vielmehr geht die Reduzierung der Wandstärke immer zu Ungunsten der Flüssigkeits-Dichtigkeit des Faser-verstärkten keramischen Verbundwerkstoffes.
Die Spaltrohrtechnik für größere elektrische rotierende Maschinen wie Traktionsmotoren von beispielsweise einigen 100 kW oder Generatoren ist noch nicht entwickelt und/oder marktüblich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere eine Technik zur Herstellung eines dünnwandigen und mediendichten Spaltrohres - auch, aber natürlich nicht nur, für die Anwendung in elektrischen rotierenden Maschinen mit über 100kW Leistung - zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine und/oder eine Flüssigkeitspumpe, wobei das Spaltrohr in Form eines Hybridaufbaus aus Schichten vorliegt, wobei zumindest eine Schicht erster Art aus Faserverbundwerkstoff, zumindest ein Matrixmaterial und darin eingebettet zumindest eine Art Verstärkungsfasern umfassend, außen liegt und eine Schicht zweiter Art innen liegend ganz oder teilweise abdeckt.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass in einem Hybridaufbau, insbesondere einem mehrlagigen Laminatlagen- und/oder Schicht-Aufbau eines Spaltrohres, insbesondere vorteilhafterweise in einem mehrlagigen Aufbau aus verschiedenen Laminaten und/oder Schichten aus Faserverbundwerkstoff, die Vorteile der jeweiligen Faserverbundwerkstoffe optimal kombinierbar sind. Dabei hat sich völlig überraschend herausgestellt, dass ein biegefester Sandwichaufbau herstellbar ist, der gegenüber einem Spaltrohr mit einer reinen Kohlenstofffaserverstärkung weder Steifigkeits- noch Beulnachteile zeigt, wie in den Testergebnissen der 1 und 2 klar nachgewiesen werden konnte.
Zudem konnte eine hohe Laminatfestigkeit in axialer Richtung erzielt werden.
Die Faserverstärkung der Schicht zweiter Art, die innen liegt, ist bevorzugt elektrisch nicht leitfähig. Beispielsweise haben sich Faserverstärkungen mit Polymerfasern, Glas- und/oder Keramikfasern als sinnvoll für die Schicht der zweiten Art erwiesen.
In der Schicht der ersten Art, die die äußere Lage des hybriden Schichtaufbaus des Spaltrohres bildet, finden sich Verstärkungsfasern, die ausgerichtet sind und elektrische Leitfähigkeit zeigen können, weil durch die Anordnung der Faserverstärkung bei der Wicklung die Störung des Rotors durch Leitfähigkeit der Fasern in den Hintergrund tritt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind im Hybridaufbau des Spaltrohrs die Schicht erster Art und die Schicht zweiter Art beide aus Faserverbundwerkstoff.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich im Hybridaufbau des Spaltrohrs die Schichten erster und zweiter Art hinsichtlich ihrer Schichtdicke.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich im Hybridaufbau des Spaltrohrs die zumindest eine Schicht erster und zumindest eine Schicht zweiter Art hinsichtlich ihrer Faserverstärkung.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich im Hybridaufbau des Spaltrohrs die zumindest eine Schicht erster und zumindest eine Schicht zweiter Art hinsichtlich der Vorzugsrichtung ihrer Faserverstärkung.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Spaltrohr durch Wicklung hergestellt, derart, dass die Schichten um einen zylinderförmigen Träger gewickelt werden. Die nassen Schichten werden auf- und aneinander laminiert und bilden so - nach entsprechender Trocknung und Aushärtung - ein Spaltrohr für einen Elektromotor oder eine Flüssigkeitspumpe. Dabei hat der Zylinder annähernd die Form des Rotors, der durch das Spaltrohr abzudecken ist. Bei der Herstellung des Spaltrohres durch Wicklung und Bildung des Laminats wird daher in der Regel ein Winkel für die Wicklung vorgegeben und/oder eingehalten, der die Ausrichtung der Wicklung zur Rotorachse angibt. Dieser Anstellwinkel wird bei UD- orientierten Faserverbundwerkstoffen beispielsweise mit größer 20°, insbesondere größer 45° Grad vorgegeben, damit das durch die Wicklung hergestellte Spaltrohr eine für den Elektromotor oder die Flüssigkeitspumpe ausreichende Druckfestigkeit hat.
Es sind die inneren Wicklungen aus einer oder mehreren Schicht(en) zweiter Art, wohingegen die äußeren Wicklungen, die die Dichtigkeit gegenüber dem oder den Medien und/oder die Beulfestigkeit des Spaltrohres ausmachen, aus einer Schicht erster Art aus Faserverbundwerkstoff gemacht sind. So wird ein Spaltrohr gebildet, in dem zumindest eine innere Schicht und eine diese innere Schicht zumindest zum Teil bedeckende äußere Schicht erster Art vorliegen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegen im Hybridaufbau des Spaltrohrs zumindest drei Schichten vor, bevorzugt beispielsweise so angeordnet, dass zwischen zwei begrenzenden äußeren Schichten erster Art eine mittlere Füllschicht, die eine Schicht zweiter Art ist, vorgesehen sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, insbesondere des Hybridaufbaus des Spaltrohrs kann eine Schicht zweiter Art, die innen oder mittig liegt und durch die äußere Schicht geschützt ist, relativ flexibel aufgebaut sein. Die Möglichkeiten sind auf den Anwendungsfall - beispielsweise hinsichtlich Auswahl, Menge, Qualität, Material anpassbar, bei Einsatz von Faserverbundwerkstoffen ebenfalls beliebig anpassbar, auch hinsichtlich Ausrichtung und/oder Anordnung der Verstärkungsfasern.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform im Hybridaufbau des Spaltrohrs umfasst die äußere Schicht erster Art zumindest eine Lage aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, bei dem die Faserverstärkung orientiert, insbesondere unidirektional, also UD- orientiert, vorliegt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform im Hybridaufbau des Spaltrohrs liegt die Schicht erster Art mit Faserverstärkung vor, wobei die unidirektionale Faserausrichtung relativ zur Achsrichtung des Rotors einen Winkel größer 45°, insbesondere größer 70° und besonders bevorzugt größer 80°, beispielsweise besonders bevorzugt im Bereich 80° bis 90°, bildet. Insbesondere kritisch ist dieser Punkt, wenn als Verstärkungsfaser elektrisch leitfähige Fasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, eingesetzt werden.
Beispielsweise bildet die Vorzugsrichtung der Orientierung der Faserverstärkung der äußeren Schicht erster Art mit der Rotorachse einen Anstellwinkel von größer 50°.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform im Hybridaufbau des Spaltrohrs werden die Verstärkungsfasern der Schicht erster und/oder der Schicht zweiter Art in Form von Fasermatten eingesetzt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform im Hybridaufbau des Spaltrohrs liegen die Verstärkungsfasern der Schicht erster und/oder der Schicht zweiter Art zumindest zum Teil in Form von Endlosfasern vor.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform im Hybridaufbau des Spaltrohrs werden zum Aufbau einer oder mehrerer Schichten als Matrixmaterial einer oder mehrere der gängigen Duroplaste- z.B. Polyester, Polyurethan, Epoxidharz, Formaldehydharz, Melamin und/oder Polyimid, beispielsweise auch Phenolharz, das eine gewisse Flammwidrigkeit aufweist, eingesetzt. Beispielsweise kann alternativ oder ergänzend auch eines der gängigen Thermoplaste -z.B. Polyethylen Polycarbonat, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyamid, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Celluloid und/oder ein keramisches Matrixmaterial wie z.B. Metalloxid wie Korund, Aluminiumoxid, Titandioxid und/oder Siliziumcarbid, die auch schon in anderen bekannten Faserverstärkten Verbundwerkstoffen gebräuchlich sind, eingesetzt werden. Typischerweise werden Duroplaste eingesetzt. Andererseits können aber auch besonders mit dem Matrixmaterial „Keramik“ nochmal deutlich steifere Rohre hergestellt werden, weil ein Verbundwerkstoff, insbesondere mit Verstärkungsfasern mit keramischer Aluminiumoxidmatrix durch die steife Keramikmatrix noch höhere Beuldrucksteifigkeit als Rohre mit polymerer Matrix zeigt. Dabei ist jedoch ein größerer Herstellungsaufwand miteinzukalkulieren.
Für die Schicht(en) erster Art und/oder zweiter Art können auch beliebige Kombinationen aus Matrixmaterialien eingesetzt werden, insbesondere soweit sie untereinander kompatibel sind.
Zudem kann einem oder mehreren der Matrixmaterial(en) ein Füllstoff und/oder sonstige Partikel jeglicher Art zugesetzt sein, um bestimmte Effekte - wie beispielsweise erhöhte Wärmeleitfähigkeit, Barrierewirkung gegenüber bestimmten Stoffen, Verarbeitbarkeit, Haftungsvermittlung zwischen Matrixmaterial und Verstärkungsfasern und/oder Flammwidrigkeit des Verbundwerkstoffes oder anderes, zu erzielen.
Beispielsweise können Füllstoffe und/oder Partikel in mikroskaliger und/oder in nanoskaliger Form in einem oder mehreren Matrixmaterial(ein) zur Partikelmodifizierung des Matrixmaterials vorgesehen sein. Die Füllstoffe können in beliebiger Menge, Form, Größe und/oder Kombinationen vorliegen.
Durch die Partikelmodifikation wird die Barriere-Eigenschaft des jeweiligen Matrixmaterials, beispielsweise eines diffusionsoffenen Harzes und/oder Polymers, verbessert. Je feiner, also klein-körniger, die Füllstoffpartikel sind, desto besser ist deren Barriere-Eigenschaft in der Matrix. Entsprechend sind nanoskalige Füllstoffe hier -beispielsweise in einer Abmischung - besonders vorteilhaft.
Als Material der Füllstoffe kommen - beispielsweise auch insbesondere zur Barriere-Bildung - solche auf Basis von Metalloxiden, beispielsweise keramischen Metalloxiden, wie Glimmer, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid, aber auch Bornitrid, Siliziumcarbid, kohlenstoffbasierte Füllstoffe wie solche auf Basis von Graphit und/oder Carbonflakes, sowie beliebige Kombinationen und/oder Mischungen davon in Betracht.
Als Verstärkungsfasern werden alle Arten von Verstärkungsfasern, die in polymeren und/oder keramischen Matrixmaterialien eingebettet werden können eingesetzt. Insbesondere kommen folgende Verstärkungsfasern hier zum Einsatz: Glasfasern „GFK“, Polymerfasern „PFK“ - daraus alle bekannten nicht leitenden oder schwach leitenden polymeren Verstärkungsfasern- , keramische Fasern „KFK“, Borfasern und/oder auch andere, ultra-hoch-modulige UHM-Kohlenstofffasern, hochmodulige Kohlenstofffasern „CFK“ und/oder normale Kohlenstofffasern.
Elektrisch leitfähige oder schwach elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, können bevorzugt in der Schicht erster Art eingesetzt werden.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn Verstärkungsfasern unidirektional verstärkend - insbesondere bei elektrisch leitfähigen Fasern - vorliegen. Die Vorzugsrichtung der unidirektional vorliegenden elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern ist dann bevorzugt in einem Winkel zwischen 80° und 90° zur Achsrichtung, insbesondere in einem Winkel zwischen 87° und 90°, ganz besonders bevorzugt in einem Winkel von 89° zur Achsrichtung ausgerichtet.
Bei nicht elektrisch leitfähigen Fasern, die in einer Schicht erster Art, die mit Kohlenstofffasern verstärkt vorliegt, zusätzlich enthalten sein können, ist die Ausrichtung unter elektrischer Sichtweise wesentlich weniger wichtig, diese kann beliebig und/oder entsprechend der Hauptbelastungsrichtung liegen.
Sowohl in der Schicht erster als auch zweiter Art können eine oder mehrere Arten von Verstärkungsfasern und/oder keine, eine oder mehrere Arten von Füllstoffen im Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes vorliegen.
Die Auswahl und Art der Füllstoffe richtet sich nach dem Anwendungsfall, der von kleinen und kleinsten Motoren - also Motoren kleiner 10kW Leistung bis hin zu großen elektrischen Maschinen - mit größer 150kW Leistung - reicht.
Auch die Herstellung des Spaltrohrs mit hybridem Aufbau folgt der klassischen Arbeitsweise zur Verarbeitung von Faserverstärkten Verbundwerkstoffen - kurz Faserverbundwerkstoffe genannt - zu Spaltrohren. Dabei kommen Nasswickeln, Laminieren, Prepregwickeln, Pultrudieren und/oder Spritz-Pressverarbeitung zum Einsatz.
Das hier erstmals offenbarte Hybridmaterial für ein Spaltrohr ist je nach Elektromotor passend für jede Art des Elektromotors oder der Flüssigkeitspumpe stufenlos bezüglich seiner Robustheit anpassbar.
Durch eine Wicklung der Schichten zur Herstellung des Spaltrohres derart, dass die Lage der Verstärkungsfasern allgemein und der elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern im Besonderen einen Winkel von ungefähr 90° mit der Rotorachse bilden, wird gezeigt, dass die elektrische Leitfähigkeit der Verstärkungsfasern nicht unbedingt deren Eignung als Verstärkungsfaser in einem Faserverbundwerkstoff-Prepreg und/oder Faserverbundwerkstoff-Laminat zur Herstellung eines Spaltrohres für einen Elektromotor oder eine Flüssigkeitspumpe ausschließt.
So wird gemäß der Erfindung eine Technik geschaffen, unidirektional- UD- ausgerichtete Verstärkungsfasern, insbesondere elektrisch leitfähige Fasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, insbesondere- hochmodulige Kohlenstofffasern, - also Kohlenstofffasern mit 250 bis 500 GPa - und ultra-hochmodulige Kohlenstofffasern - also Kohlenstofffasern mit über 500GPa - als Verstärkungsfasern in Spaltrohren einzusetzen, ohne dass durch deren elektrische Leitfähigkeit die Effizienz des Elektromotors oder der Flüssigkeitspumpe durch störende Wirbelströme herabgesetzt wird.
Dazu wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, ein Spaltrohr mit zumindest einer Schicht ersten Art, in der elektrisch leitfähige Verstärkungsfasern in einer Vorzugsrichtung orientiert vorliegen, so herzustellen, dass durch die Wicklung der Schicht oder der Schicht(en) die Lage der elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern einen Winkel von ungefähr 90° mit der Achsrichtung der Rotors bilden. So bilden sich kaum Kreuzungspunkte der Verstärkungsfasern, welche in Summe eine elektrische leitfähige Fläche bilden könnten.
Die Wicklung erfolgt insbesondere deshalb quer zur Achsrichtung des Rotors, weil die Lage der Verstärkungsfasern, insbesondere bei UD-Faserverstärkung im Verbundwerkstoff, die Richtung ist, in der die höchste Umfangssteifigkeit erzielt wird, also der Faserverstärkte Verbundwerkstoff bei der Ausrichtung der Wicklung dem im Betrieb entstehenden Beulen und Ausbeulen des Spaltrohrs unter Außendruck den höchsten Widerstand entgegensetzt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird dementsprechend ein Spaltrohr wie folgt hergestellt: zumindest eine innere Schicht aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff mit oder ohne Vorzugsrichtung der Faserverstärkung, wird entlang der vorgegebenen Wickelrichtung und quer zur Achsrichtung des Rotors auf einen Träger gewickelt, darauf wird dann zumindest eine äußere Schicht erster Art eines Faserverstärkten Verbundwerkstoffes mit Vorzugsrichtung gewickelt. Die beiden Schichten werden durch Wicklung aufeinander laminiert und anschließend zur Herstellung des Spaltrohres getrocknet und/oder gehärtet.
Insbesondere liegt die Schicht zweiter Art als Füllschicht vor, deren Faserverstärkung nicht oder nicht vollständig ausgerichtet ist. Die Schicht zweiter Art aus Faserverbundwerkstoff kann beispielsweise auch eine Schicht mit wirrer Faserverstärkung oder mit Faserverstärkung durch ein Fasergewebe, sein. Als Verstärkungsfasern können polymere Verstärkungsfasern, keramische Verstärkungsfasern und/oder Glasfasern vorliegen.
Die äußere Schicht erster Art hingegen hat bevorzugt eine orientierte Faserverstärkung, die eine Vorzugsrichtung der Schicht vorgibt, wobei zur Herstellung des Spaltrohres diese Vorzugsrichtung der Wicklungsrichtung entspricht und jeweils quer zur Achsrichtung des Rotors steht.
Als besonders geeignet zur Ausbildung der äußeren Schicht erster Art hat sich ein Faserverbundwerkstoff erwiesen, bei dem die Verstärkungsfasern unidirektional -UD- angeordnete hochmodulige oder ultra-hochmodulige -UHM- Kohlenstofffasern umfasst. Die Vorzugsrichtung der Verstärkungsfasern bildet dabei bei Wicklung zum Spaltrohr einen Winkel im Bereich von 80° bis 90° mit der Achsrichtung, insbesondere einen Winkel von 89°. Der Faserverbundwerkstoff der äußeren Schicht erster Art kann ergänzend noch weitere - insbesondere elektrisch nicht leitfähige - Fasern, beispielsweise auch ungeordnet oder in anderen Winkeln zur Achsrichtung umfassen. Diese weiteren Fasern im Faserverbundwerkstoff erster Art sind beispielsweise Keramik-, Bor-, Polymer- und/oder Glasfasern.
Als besonders geeignet zur Ausbildung der inneren Schicht zweiter Art hat sich ein Faserverbundwerkstoff erwiesen, bei dem nicht elektrisch leitenden Verstärkungsfasern ebenfalls in einer Vorzugrichtung angeordnet sind, die bei der Wicklung einen Winkel von ungefähr 45° oder mehr zur Achsrichtung des Rotors bildet.
Die Erfinder konnten durch Untersuchungen zeigen, dass es ausreicht, die Steifigkeit in Umfangsrichtung in den Schichten erster Art des Spaltrohres zu stärken, damit das Beulen zu höheren Außendrücken verschoben wird.
Kohlenstofffasern oder Carbonfasern, insbesondere auch hochmodulige und/oder ultra-hochmodulige - also mit mehr als 500GPa E-Modul - sind aufgrund ihrer Steifigkeit besonders geeignet. Bevorzugt ist die Faserorientierung, insbesondere die der elektrisch leitfähigen - Kohlenstoff-Fasern in Umfangsrichtung des Spaltrohres vorgesehen, damit störende Wirbelströme oder Wirbelfelder im Spaltrohr möglichst vermieden werden.
Zur Abfederung der axialen Lasten - axial bezieht sich dabei immer auf die Rotorachse - sind bevorzugt im hybriden Aufbau des Spaltrohres zusätzliche Verstärkungsfasern vorgesehen, die jedoch bevorzugt nicht oder nur gering elektrisch leitfähig sind.
Durch das Konzept des hybriden Aufbaus können die teuren und steifen Faseranteile auf ein nötiges Minimum reduziert werden, damit der Herstellungspreis des Spaltrohres nicht unnötig in die Höhe getrieben wird.
Durch die Erfindung wird erstmals ein hybrider Aufbau aus zumindest teilweise überlappenden Schichten und/oder Laminatlagen eines Spaltrohres vorgestellt. Dabei ermöglicht eine Umfangswicklung bei der Herstellung des Spaltrohres einen Einsatz von besonders steifen, aber elektrisch leitfähigen, Kohlenstofffasern für die Herstellung des Spaltrohres.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2188882 B1 [0006]

Claims

Spaltrohr für eine elektrische rotierende Maschine und/oder eine Flüssigkeitspumpe, wobei das Spaltrohr in Form eines Hybridaufbaus aus Schichten vorliegt, wobei zumindest eine Schicht erster Art aus Faserverbundwerkstoff, zumindest ein Matrixmaterial und darin eingebettet zumindest eine Art Verstärkungsfasern umfassend, außen liegt und eine Schicht zweiter Art innen liegend ganz oder teilweise abdeckt.
Spaltrohr nach Anspruch 1, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs zumindest eine Schicht erster Art und eine Schicht zweiter Art aus Faserverbundwerkstoffvorliegen.
Spaltrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs sich die zumindest eine Schicht erster und zumindest eine Schicht zweiter Art hinsichtlich ihrer Faserverstärkung unterscheiden.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs sich die zumindest eine Schicht erster und zumindest eine Schicht zweiter Art hinsichtlich der Vorzugsrichtung ihrer Faserverstärkung unterscheiden.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs zumindest drei Schichten vorliegen.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs zwischen zwei begrenzenden äußeren Schichten erster Art eine mittlere Füllschicht, die eine Schicht zweiter Art ist, vorliegt.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs die äußere Schicht erster Art zumindest eine Lage aus einem Faserverstärkten Verbundwerkstoff umfasst, bei dem die Faserverstärkung orientiert, insbesondere UDorientiert, vorliegt.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs die Vorzugsrichtung der Orientierung der Faserverstärkung der äußeren Schicht erster Art mit der Rotorachse einen Anstellwinkel von größer 50° ergibt.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs eine Faserverstärkung der Schicht der ersten Art in Form einer Fasermatte mit Vorzugsrichtung der Orientierung der Faserverstärkung vorliegt.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs eine Faserverstärkung der Schicht der ersten Art in Form von Verstärkungsfasern, die hochmodulige oder ultra-hochmodulige Kohlenstofffasern umfassen, vorliegt.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hybridaufbau des Spaltrohrs eine Faserverstärkung der Schicht der ersten Art in Form von Verstärkungsfasern, die Endlosfasern umfassen, vorliegt.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial für eine oder mehrere Schichten zum Hybridaufbau des Spaltrohrs ein Duroplast ist.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Matrixmaterial für zwei oder mehrere Schichten der ersten und/oder zweiten Art gleich oder verschieden ist.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes zumindest einer Schicht des Hybridaufbaus einen Füllstoff umfasst.
Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Faserverstärkung der Schicht der zweiten Art in Form einer Fasermatte mit Vorzugsrichtung der Orientierung der Faserverstärkung vorliegt.