DE202010004065U1 - Thermoplastisch homogen dünnbeschichtete innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Strukturen - Google Patents
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Abstract
Innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur dadurch gekennzeichnet, dass diese auf der Innenseite aus einer homogenen dünnwandigen thermoplastischen Innenschicht besteht, die stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur verbunden ist und dass die homogene dünnwandige thermoplastische Innenschicht eine Wanddicke von mindestens 20 μm und höchstens 900 μm aufweist.
Description
- Die vorliegende Erfindung beschreibt homogen dünnwandig thermoplastisch innenbeschichtete drucktragende Faserkunststoffverbund-Strukturen wobei die homogene dünnwandige thermoplastische Innenschicht sowohl in axialer Richtung, als auch in radialer Richtung, als geschlossene homogene Schicht vorliegt und zugleich stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur verbunden ist.
- Die homogene dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Wanddicke der thermoplastischen Innenbeschichtung im Bereich 20 μm bis 900 μm liegt und stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur verbunden ist.
- Die steigenden Anforderungen an die Funktions- und Leistungsfähigkeit moderner drucktragender Faserkunststoffverbund-Strukturen führen oft an die Grenzen des Potentials derzeitiger Fertigungsverfahren und Werkstoffe. In diesen Bereichen eröffnen leistungsfähigere Faserkunststoffverbund-Strukturen neue Möglichkeiten der Produktentwicklung und -optimierung.
- Durch geeignete Kombination einer thermoplastischen Innenschicht mit hochfesten Faserverbundstrukturen als Verstärkung gelangt man zu neune Einsatzmöglichkeiten. Durch die Wahl eines geeigneten Verstärkungsaufbaus lassen sich, den Anforderungen entsprechend, maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften einstellen.
- Drucktragende Faserkunststoffverbund-Strukturen sind herkömmlichen Stahl- oder Aluminiumbehältern hinsichtlich drucktechnischer Eignung überlegen, bieten darüber hinaus noch entscheidende Vorteile wie geringes Gewicht, erhöhte Korrosionsbeständigkeit, verbesserte tribologische Eigenschaften sowie nicht-magnetische Eigenschaften.
- Drucktragende Faserkunststoffverbund-Strukturen sind Stand der Technik. Die Innenbeschichtungen derartiger Strukturen mit homogenen Beschichtungen weisen fertigungsbedingt Wanddicken von größer 2 mm auf. Eine stoffschlüssige Verbindung mit der ummantelnden Faserkunststoffverbund-Struktur ist zudem in vielen derartigen Anwendungen nicht gegeben.
- Dies führt im wesentlichen zu folgenden Nachteilen.
- Es werden häufig Ablösungen der thermoplastischen Beschichtung bei Druckunterschieden zwischen Innen- und Außenseite der Beschichtung bis hin zum Kollabieren der Innenbeschichtung beobachtet. Weiterhin neigen bekannte thermoplastische Beschichtungen zu Rissbildung. Zudem weisen diese Bauarten sehr große Wanddicken auf, die beispielsweise für den Einsatz in Magnetfeldern z. Bsp. als Spalttopf oder Spaltrohr nachteilig sind. Die Herstellung derartiger Bauarten ist zudem sehr aufwändig und lassen sich nur in sehr begrenzten Temperaturbereichen einsetzen.
- Geringere Wanddicken sind in seltenen Fällen als homogene duroplastische Innenbeschichtung bekannt. Dabei sind homogene dünne Schichten duroplastischer Werkstoffe als Innenbeschichtung aufgebracht, wodurch sich eine homogene duroplastische Innenbeschichtung ergibt.
- Dies bekannten homogene duroplastische Innenbeschichtung führen im wesentlichen zu folgenden Nachteilen.
- Es werden häufig Ablösungen der duroplastischen Beschichtung bei Druckunterschieden zwischen Innen- und Außenseite der Beschichtung bis hin zum Kollabieren der Innenbeschichtung beobachtet. Weiterhin neigen homogene duroplastische Beschichtungen stark zu Rissbildungen und weisen nur begrenzte chemische Beständigkeiten auf. Zudem lassen sich diese Bauarten nur in sehr begrenzten Temperaturbereichen einsetzen.
- Bauarten mit dünnen inhomogenen thermoplastischen Innenbeschichtungen sind in seltenen Fällen mit inhomogenen thermoplastischen Innenbeschichtung bekannt. Dabei sind dünne Folien als Innenbeschichtung auf Stoß aneinander gesetzt und/oder überlappend bzw. teilweise überlappend aufgebracht, wodurch sich eine inhomogene thermoplastische Innenbeschichtung ergibt.
- Dies bekannten Bauarten mit inhomogenen thermoplastischen Innenbeschichtungen führen im wesentlichen zu folgenden Nachteilen.
- Es werden häufig Ablösungen der thermoplastischen Beschichtung bei Druckunterschieden zwischen Innen- und Außenseite der Beschichtung bis hin zum Kollabieren der Innenbeschichtung beobachtet. Weiterhin neigen inhomogene thermoplastische Beschichtungen stark zu Undichtigkeiten. Das Abdichten zu angrenzenden Komponenten beispielsweise durch Dichtungsringe ist aufgrund der inhomogenen Innenbeschichtungen nahezu unmöglich. Zudem lassen sich diese Bauarten nur in sehr begrenzten Temperaturbereichen einsetzen.
- Alle bisher bekannten Bauarten von innendrucktragenden Faserkunststoffverbund-Strukturen mit thermoplastischen Innenbeschichtungen sind entweder zu aufwändig und damit zu kostenintensiv in der Herstellung, halten den Anforderungen bezüglich Dichtigkeit, Korrosion oder mechanischer Beanspruchungen in weiten Temperaturbereichen nicht stand oder sind zu schwer bzw. weisen zu große Wanddicken auf.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, innendrucktragenden Faserkunststoffverbund-Strukturen mit thermoplastischen Innenbeschichtungen derart weiterzubilden, dass die im Stand der Technik genannten Nachteile vermieden werden.
- Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Erfindungsgemäße Bauart einer innendrucktragenden Faserkunststoffverbund-Struktur derart ausgebildet ist, dass diese aus einer homogenen dünnwandigen thermoplastischen Innenbeschichtung mit Wanddicken der thermoplastischen Innenbeschichtung im Bereich 20 μm bis 900 μm besteht und diese stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur verbunden ist. Homogen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die dünnwandige thermoplastische Innenschicht sowohl in axialer Ausdehnung, als auch in radialer Ausdehnung, als geschlossene homogene Schicht vorliegt und nicht mit Stößen oder Überlappungen versehen ist. Eine dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtung ist dabei im Vergleich zu einer monolithischen Innendrucktragenden Faserkunststoffverbund-Struktur dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Innenbeschichtung andere Materialeigenschaften aufweist als der Matrixwerkstoff der umgebenden Faserkunststoffverbund-Struktur.
- In einem ersten Aspekt der Erfindung handelt es sich bei der innendrucktragenden Faserkunststoffverbund-Struktur um eine zylindrische Bauart, bei der eine homogene durchgehende im Bereich 20 μm bis 900 μm dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtung die Innenseite der zylindrischen Faserkunststoffverbund-Struktur vollständig und homogen bedeckt und stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur verbunden ist.
- 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.
- Einsatzbereiche der erfindungsgemäßen Ausführungen liegen beispielsweise und nicht ausschließlich im Bereich Spaltrohre, Spalttöpfe sowie Rohrleitungen und drucktragenden Komponenten.
- Die homogene dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtung basiert erfindungsgemäß auf einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise – jedoch nicht ausschließlich – aus Polyetheretherketon (PEEK), Polypenylensulfid (PPS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyketon (PK), Polyvinylchlorid (PVC), Poly-4-methylpenten-1 (PMP), Polyacetal (Polyoxymethylen) (POM), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polycarbonat (PC) und/oder Acrynitrilbutadienstyrol (ABS). Die homogene dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtung kann natürlich auch aus anderen thermoplastischen Kunststoffen oder einer Mischung thermoplastisch basierter Kunststoffe bestehen.
- Die Innenbeschichtung kann zudem organische und/oder anorganische Füllmaterialien aufweisen bis hin zu Nanopartikeln aufweisen.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
- Es zeigt:
-
1 eine schematische Ansicht mit Schnitt der erfindungsgemäßen Faserkunststoffverbund-Struktur gemäß einer ersten Ausführungsform in zylindrischer Bauart, bei der eine homogene durchgehende im Bereich 20 μm bis 900 μm dünnwandige thermoplastische Innenbeschichtung (1 ) die Innenseite der zylindrischen Faserkunststoffverbund-Struktur vollständig und homogen bedeckt und stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur (2 ) verbunden ist.
Claims (4)
- Innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur dadurch gekennzeichnet, dass diese auf der Innenseite aus einer homogenen dünnwandigen thermoplastischen Innenschicht besteht, die stoffschlüssig mit der Faserkunststoffverbund-Struktur verbunden ist und dass die homogene dünnwandige thermoplastische Innenschicht eine Wanddicke von mindestens 20 μm und höchstens 900 μm aufweist.
- Innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Faserkunststoffverbund-Struktur zylindrisch ist.
- Innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Innenschicht aus Polyetheretherketon (PEEK), Polypenylensulfid (PPS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyketon (PK), Polyvinylchlorid (PVC), Poly-4-methylpenten-1 (PMP), Polyacetal (Polyoxymethylen) (POM), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Styrol/Acrylnitril-Copolymer (SAN), Polycarbonat (PC) und/oder Acrynitrilbutadienstyrol (ABS) besteht.
- Innendrucktragende Faserkunststoffverbund-Struktur nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Innenschicht mit organischen und/oder anorganischen Füllmaterialien und/oder Nanopartikeln gefüllt ist.
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