DE202016005992U1

DE202016005992U1 - canned

Info

Publication number: DE202016005992U1
Application number: DE202016005992.1U
Authority: DE
Original assignee: Ralph Funck
Current assignee: Albany Engineered Composites Inc
Priority date: 2016-09-04
Filing date: 2016-09-04
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: DE102016010590A1

Abstract

Spaltrohr dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lage aus dünnwandigem Schrumpfschlauch besteht und diese wenigstens teilweise durch duromeren Faserverbundwerkstoff umgeben ist.Canned tube characterized in that at least one layer consists of thin-walled shrink tubing and this is at least partially surrounded by thermosetting fiber composite material.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein dünnwandiges Spaltrohr.The present invention describes a thin-walled split tube.

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.Canned tubes are often used in canned motors. The canned motor is an electric motor in which the rotor and stator are separated by a split tube. The can is located in the air gap between the stator and rotor of the motor, hence the name. It allows the rotating parts to be sealed against the stationary parts.

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.The canned motor is often used to drive pumps and has the advantage of being able to build the pump and motor in a single unit without the need for a shaft or mechanical seal, which also reduces space requirements. The can is usually subjected to an internal pressure.

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.Crevasses are also used in various engines with liquid-filled stators. The liquid in the stators often serves to cool the stators. The can is used to seal the liquid against the rotor and the can is usually subjected to an external pressure.

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.The efficiency of canned motors also depends significantly on the size of the gap between stator and rotor. The smaller the gap between stator and rotor, the greater the efficiency of the motor.

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.In many cases, one is forced to resort to metallic canned material, such as stainless steel. Associated with this are electromagnetic properties of the material which, due to the rotating field waves in the air gap of the canned motors, lead to eddy current losses in the canned tubes. There is therefore a desire for simple, thin-walled cans made of materials that lead to low or no eddy current losses in the cans.

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.Fiber composites are due to their material properties, in particular due to the high strength and stiffness at the same time little to no influence of the magnetic field in canned motors, in a special way for the production of particularly thin-walled split tubes. A disadvantage is the media permeability of fiber composites. This is avoided by combining the fiber composites with sealing materials, and leads in known embodiments to undesirable wall thickness increases.

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.Designs with thin coatings are known in rare cases. In this case, for example, thin films are placed as a coating on each other butt and / or applied overlapping or partially overlapping, resulting in a coating for sealing. A seal in the installed state such gap tubes, for example, with sealing rings, especially in the area of impact or overlapping areas of the coating in the canned motor to leaks.

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.Out EP 2 293 417 A1 are known cracking tubes whose inner layer consists of thermoplastic material which is at least partially surrounded by a support layer of thermoplastic tape on the outside. The support layers of thermoplastic tape can be very expensive to apply and lead in thin-walled design of the inner layer of thermoplastic material to considerable distortion of the inner layer. In addition, the support layers of thermoplastic tape can be applied only with undesirably large tape wall thicknesses, resulting in an undesirably large total wall thickness of the can.

Es werden häufig Ablösungen der Beschichtung bei Druckunterschieden beobachtet, zudem lassen sich die Bauarten nur in sehr begrenzten Temperaturbereichen einsetzen.It is often observed detachment of the coating at pressure differences, also can be used only in very limited temperature ranges the types.

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.The known embodiments of split tubes lead to large wall thicknesses of the split tubes, are too expensive to manufacture or do not meet the requirements for tightness and strength.

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.The invention is based on the problem of developing a thin-walled split tube for canned motors, without negatively influencing the pressure resistance, service temperature, media resistance and tightness. Furthermore, the invention should avoid eddy current losses in the canned motor and also allow a distortion-free and precise economically manufacturable solution.

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.To achieve this, a layer of thin-walled shrink tubing is surrounded by thermosetting fiber composite material. A shrink tube (also known as shrink sleeve) is a plastic tube that contracts under heat. A shrink tube is inhomogeneous in order to achieve a shrinkage of the material when heated, the plastics are cross-linked, for example, after manufacture. The crosslinking links the molecular chains together, and the hot-state material is expanded and cooled in that state to freeze the strain so that the expanded diameter is maintained. Only by heating, the shrink tube can be back-oriented.

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. The use of a thin-walled shrink tube in combination with thermosetting fiber composites is by no means obvious, since a person skilled in the art assumes that there is no suitable manufacturing process, for example, to bring a heat shrink tube as an inner layer into a can. Furthermore, the question arises for the person skilled in the art how to create a bond between heat-shrink tubing and thermosetting fiber composite material and how the shrink tubing in combination with thermosetting fiber composite material can be held precisely and in close tolerances.

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.The inventive layer of thin-walled shrink tubing wall thicknesses of this layer between 5 microns and 0.5 mm can be realized while high precision of the achievable tolerances. Such thin layers, which essentially serve to seal and reduce the media permeability through the surrounding fiber composite material, can not be economically realized in previously known methods in a suitable manufacturing tolerance.

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.The inventive combination of the layer of thin-walled shrink tubing with thin-walled duromer fiber composite material particularly thin-walled split tubes can be produced economically without producing adverse shocks and / or overlaps in the sealing area.

Der umgebende duromere Faserverbundwerkstoff kann besonders dünnwandig hergestellt werden. Wanddicken des duromeren Faserverbundwerkstoffs von nur 10 Mikrometer können erreicht werden.The surrounding duromer fiber composite material can be made particularly thin-walled. Wall thicknesses of the thermosetting fiber composite of only 10 micrometers can be achieved.

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 Erfindungdurch Adhäsion miteinander verbunden.In a first aspect of the invention is an internal pressure-bearing fiber-reinforced plastic composite structure in which a shrink tube with a thickness from 5 microns to 0.5 mm serves as an inner layer and a thin-walled outer fiber composite structure serves as a supporting layer. The fiber composite structure has a wall thickness of only 10 micrometers. Also possible according to the invention are significantly larger wall thicknesses of the fiber composite structure. Both layers are adhesively bonded together in this first aspect of the invention.

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 a further aspect of the invention is an outer pressure-bearing fiber-reinforced plastic composite structure in which a shrink tube with a thickness from 5 microns to 0.5 mm serves as an outer layer and a thin-walled inner fiber composite structure serves as a supporting layer. Both layers are not interconnected in this aspect of the invention.

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.In a further aspect of the invention, the design is conical, oval and / or has diameter transitions and / or is in the form of a pipe bend, elbow, T-piece.

Der Schrumpfschlauch kann zudem organische und/oder anorganische Füllmaterialien aufweisen bis hin zu Nanopartikeln.The shrink tube can also have organic and / or inorganic fillers to nanoparticles.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt:It shows:

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. 1 3 is a schematic view with a section of the can of the invention in a first embodiment in a cylindrical design, in which a layer of thin-walled heat shrink tubing (FIG. 1 ) on the inside of the can and duromer fiber composite material ( 2 ) is shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2293417 A1 [0009]

Claims

Canned tube characterized in that at least one layer consists of thin-walled shrink tubing and this is at least partially surrounded by thermosetting fiber composite material.

Canned tube according to claim 1, characterized in that the thin-walled shrink tube made of polyolefin, PVDF, OPS, PET, PLA, PVC, PVDF, PTFE, elastomer, fluoroelastomer, PP, PE, PIB, PB, PEEK, PPS, PA, PK, PMP, POM, PMMA, PS, ABS exists.

Canned tube according to claim 1 to 2, characterized in that the thermosetting fiber composite material consists of carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, basalt fibers.

Canned tube according to claim 1 to 3, characterized in that the thermosetting fiber composite material consists of aminoplasts, phenoplasts, polyacrylates, epoxy, polyester, phenol, cyanate ester, Venylester resin.

Canned tube according to claim 1 to 4, characterized in that the fibers are present in the thermosetting fiber composite material wholly or partly as a continuous fiber reinforcement.