DE202018002730U1 - Shutter made of continuously fiber-reinforced thermoplastic - Google Patents
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Abstract
Monolithischer Spalttopf aus Faser-Kunststoffverbund, dadurch gekennzeichnet, dass der Faser-Kunststoffverbund aus kontinuierlichen Verstärkungsfasern und thermoplastischem Kunststoff gebildet ist wobei Verstärkungsfasern kontinuierlich über einen Teilabschnitt des Flansches (1) entlang eines Teilabschnitts des Mittelteils (2) entlang eines Teilabschnitts des Boden (3) verlaufen.Monolithic containment shell made of fiber-plastic composite, characterized in that the fiber-plastic composite of continuous reinforcing fibers and thermoplastic material is formed wherein reinforcing fibers continuously over a portion of the flange (1) along a portion of the central part (2) along a portion of the bottom (3) run.
Description
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Die Erfindung betrifft ein Spalttopf aus kontinuierlich faserverstärktem Thermoplast in monolithischer Bauweise.The invention relates to a containment shell made of continuous fiber-reinforced thermoplastic in monolithic construction.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein über die Jahre gestiegenes Bewusstsein für den Schutz von Umwelt und Mitarbeitern führt zu immer strenger werdenden Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften in jeglichen Industriezweigen. Besonders im Betrieb chemischer und petrochemischer Anlagen ist es wichtig den Austritt aggressiver und giftiger Medien möglichst gering zu halten. Ein Manko üblicher Kreiselpumpen sind hier die Wellendichtungen. Sie können verschleißen und werden undicht, wodurch das Fördermedium austritt. Regelmäßige Wartungen aufgrund des Verschleißes sind kostenintensiv und reduzieren die Verfügbarkeit der Anlage.A growing awareness of environmental and employee protection over the years has led to ever stricter health and safety regulations in all industries. Especially in the operation of chemical and petrochemical plants, it is important to keep the escape of aggressive and toxic media as low as possible. A shortcoming of conventional centrifugal pumps here are the shaft seals. They can wear out and become leaky, causing the fluid to escape. Regular maintenance due to wear is costly and reduces the availability of the system.
In der Richtlinie 2008/1/EG „über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung“ werden für bestimmte industrielle Tätigkeiten Vorschriften zum Schutz der Umwelt festgelegt. Sie fordert für einige Anlagen stets die beste verfügbare Technik (BVT) und begrenzt unter anderem die Emissionen von Pumpen stark. In sogenannten BVT-Merkblättern, welche eine Zusammenstellung der besten verfügbaren Techniken darstellen, werden auch dichtungslose und somit vollkommen leckage-, sowie wartungsfreie Pumpen aufgeführt. In dichtungslosen Pumpen läuft der Motor entweder als „Nassläufer“ im Fördermedium oder wird mithilfe einer Sperrung vom Medium getrennt. In Magnetkupplungspumpen wird diese Trennung mithilfe eines Spalttopfes erreicht, über den das Drehmoment mithilfe von Magnetrotoren übertragen wird. Gegenüber Nassläufern schließt diese Bauart das Risiko aus, dass die Motorwicklungen bei beschädigtem Mantel mit dem Fördermedium in Kontakt kommen.Directive 2008/1 / EC "on integrated pollution prevention and control" lays down rules for the protection of the environment for certain industrial activities. It always requires the best available technology (BAT) for some plants and, among other things, severely limits pump emissions. In so-called BREF leaflets, which represent a compilation of the best available techniques, also sealless and thus completely leak-free, and maintenance-free pumps are listed. In sealless pumps, the motor either runs as a "wet runner" in the pumped fluid or is isolated from the fluid by a lock. In magnetic drive pumps, this separation is achieved by means of a containment shell, via which the torque is transferred by means of magnetic rotors. Compared to wet rotors, this design eliminates the risk that the motor windings come into contact with the fluid when the casing is damaged.
In Magnetkupplungspumpen rotieren Magnete auf einem äußeren Rotor um den Spalttopf und übertragen das Drehmoment auf einen magnetbesetzten Rotor im Inneren des Spalttopfes. Die Magnetkupplung wird somit zum Antrieb der Pumpe eingesetzt und bietet den Vorteil, dass Pumpe und Motor in einer Einheit ohne die Notwendigkeit einer Wellen- oder Gleitringdichtung gebaut werden können. Dabei ist der Spalttopf meist mit einem Innendruck beaufschlagt.Magnetic clutch pumps rotate magnets on an outer rotor around the containment shell and transfer torque to a magnetized rotor inside the containment shell. The magnetic coupling is thus used to drive the pump and has the advantage that the pump and motor can be built in one unit without the need for a shaft or mechanical seal. The containment shell is usually subjected to an internal pressure.
Werden metallische Spalttöpfe (aufgrund der chemischen Beständigkeit handelt es sich dabei häufig um Hastelloy) verwendet, so induziert das rotierende Magnetfeld in diesen Wirbelströme. If metallic containment shells (due to their chemical resistance are often Hastelloy) are used, the rotating magnetic field induces these eddy currents.
Die mechanische Antriebsleistung wird dabei in Wärmeleistung von oft mehreren Kilowatt umgewandelt wodurch sich einerseits den Wirkungsgrad der Pumpe mindert, andererseits über den Spalttopf auch das Fördermedium erwärmt wird.The mechanical drive power is converted into heat output of often several kilowatts which on the one hand reduces the efficiency of the pump, on the other hand is heated via the containment shell and the fluid.
Es ist daher vorteilhaft, wenn der Spalttopfmantel die Ausbildung von Wirbelströmen verhindert. Durch den Einsatz Faserkunststoff-Verbunden (FKV) oder Keramiken, lässt sich die Induktion von Wirbelströmen nahezu gänzlich vermeiden. Keramiken sind spröde und teuer und lassen sich für Spalttopfanwendungen nicht dünnwandig herstellen.It is therefore advantageous if the containment shell prevents the formation of eddy currents. Through the use of fiber-reinforced plastics (FKV) or ceramics, the induction of eddy currents can be almost completely avoided. Ceramics are brittle and expensive and can not be made thin-walled for gap-pot applications.
Da die übertragbare Leistung signifikant von der Größe des Spaltes zwischen den Magneten des inneren und des äußeren Rotors abhängen, ist ein kleiner Spalt zwischen den Magneten des inneren und des äußeren Rotors und somit ein möglichst dünnwandiger Spalttopf erforderlich, um möglichst große Drehmomente zu übertragen.Since the transmittable power depends significantly on the size of the gap between the magnets of the inner and outer rotor, a small gap between the magnets of the inner and outer rotor and thus a thinnest possible gap shell is required to transmit the highest possible torque.
Es besteht daher der Wunsch nach einfachen, dünnwandigen Spalttöpfen aus Materialien, die zu geringen bzw. zu keinen Wirbelstromverlusten führen, zudem chemisch beständig und wenig spröde sind und zudem ohne Liner auskommen.There is therefore a desire for simple, thin-walled split pots made of materials that lead to low or no eddy current losses, are also chemically resistant and less brittle and also manage without liner.
FKV sind faserverstärke Werkstoffe, bei denen Fasermaterialien als Verstärkungsfasern in einen Kunststoff eingearbeitet sind. Sie zeichnen sich durch hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten bei vergleichsweise geringem Gewicht und je nach Materialkombination guter chemischer Beständigkeit aus und sind daher ideale Werkstoffe für hoch belastete Spalttopf-Anwendungen. Dabei unterscheidet man FKV mit kurzen, mit langen und mit kontinuierlichen (endlos) Fasern. Die Einteilung ergibt sich aus der Faserlänge. Kurzfasern weisen eine Länge von 0,1 bis 1 mm auf, Langfasern weisen eine Länge von 1 bis 50 mm auf, kontinuierliche Fasern (Endlosfasern) weisen eine Länge von mehr als 50 mm auf. Kontinuierliche Verstärkungsfasern werden als Roving in faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt. Bauteile mit kontinuierlichen Fasern erzielen die höchsten Steifigkeits- und Festigkeitswerte. Die Fasern nehmen im Wesentlichen Zug- und Druckbelastungen, der Kunststoff nimmt im Wesentlichen die Schubspannungen auf. Typische Verstäkrungsfaser - Arten sind Keramik-, Glas-, Kohlenstoff-, Aramid- und Basaltfasern.FKV are fiber-reinforced materials in which fiber materials are incorporated as reinforcing fibers in a plastic. They are characterized by high specific stiffness and strength at relatively low weight and depending on the combination of materials good chemical resistance and are therefore ideal materials for highly loaded containment shell applications. A distinction FKV with short, with long and continuous (endless) fibers. The classification results from the fiber length. Short fibers have a length of 0.1 to 1 mm, long fibers have a length of 1 to 50 mm, continuous fibers (continuous fibers) have a length of more than 50 mm. Continuous reinforcing fibers are used as roving in fiber-reinforced plastics. Components with continuous fibers achieve the highest stiffness and strength values. The fibers essentially absorb tensile and compressive loads, the plastic essentially absorbs the shear stresses. Typical Verstäkrungsfaser - types are ceramic, glass, carbon, aramid and basalt fibers.
Bei Spalttöpfen werden häufig als zusätzliches Bauteil oder als zusätzliche Komponente schützende Innenauskleidungen aus unverstärkten oder verstärkten und chemisch resistenten Kunststoffen, sogenannte Liner, eingesetzt.In the case of cans, protective inner linings made of unreinforced or reinforced and chemically resistant plastics, so-called liners, are frequently used as an additional component or as an additional component.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Spalttöpfe bekannt, die aus nichtmetallischen Werkstoffen bestehen. Gap pots are known from the prior art, which consist of non-metallic materials.
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Bei den bekannten Bauarten von FKV-Spalttöpfen sind hohe Wanddicken erforderlich, um die auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Zudem erfordern die Bauarten einen Liner.In the known types of FKV-split pots high wall thicknesses are required to absorb the forces occurring can. In addition, the types require a liner.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Bauweise eines Spalttopfs aus Faser-Kunststoffverbund zu erreichen.Object of the present invention is to achieve an improved construction of a split pot made of fiber-plastic composite.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine monolithische Bauweise aus kontinuierlichen Verstärkungsfasern in Kombination thermoplastischem Kunststoff als Matrix gelöst. Durch die besondere Art der Ausrichtung der Verstärkungsfasern in Kombination mit dem besonders langen Verlauf der Verstärkungsfasern und der Kombination der Verstärkungsfaser mit einem thermoplastischen Kunststoff, lassen sich Spalttöpfe mit sehr geringen Wanddicken herstellen, die zudem in der Anwendung ohne eine zusätzliche schützende Innenauskleidung auskommen. Auch durch die nicht erforderliche Innenauskleidung ergibt sich eine besonders dünnwandige Bauart des Spalttopfs.According to the invention this object is achieved by a monolithic construction of continuous reinforcing fibers in combination thermoplastic material as a matrix. Due to the special nature of the orientation of the reinforcing fibers in combination with the particularly long course of the reinforcing fibers and the combination of the reinforcing fiber with a thermoplastic material, can be made with very thin wall thicknesses, which also manage in the application without an additional protective inner lining. Also by the unnecessary inner lining results in a particularly thin-walled design of the containment shell.
Verstärkungsfasern verlaufen erfindungsgemäß endlos entlang eines Teilabschnitts des Flansches, weiter entlang eines Teilabschnitts des Mittelteils, weiter entlang eines Teilabschnitts des Bodens. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verstärkungsfaser und weiter, zurück entlang eines Teilabschnitts des Mittelteils und weiter entlang eines Teilabschnitts des Flansches verläuft. Über diese Strecke liegen Verstärkungsfasern endlos vor. Diese Verstärkungsfasern sind im Teilabschnitt des Mittelteils im Wesentlichen in axialer Richtung ausgerichtet. Der Faserwinkel a, zwischen Verstärkungsfasern im Bereich des Mittelteils beträgt dabei mehr als 0° und weniger als 90°. Der Faserwinkel ist dabei als der zur Flanschseite hin befindliche Winkel definiert. Diese Bauart führt dazu, dass besonders hohe Lasten von den Verstärkungsfasern aufgenommen werden können, das Faserwickelverfahren zur Herstellung dienen kann und dazu, dass sehr dünnwandige Bauteile hergestellt werden können. Verstärkungsfasern verlaufen zudem erfindungsgemäß endlos (kontinuierlich) entlang eines Teilabschnitts des Mittelteils, im Wesentlichen in Umfangsrichtung und in einer Länge von vorzugsweise mindestens dem einfachen Umfang des Mittelteils. Der Faserwinkel β zwischen Verstärkungsfasern im Bereich des Mittelteils beträgt dabei mehr als 120° und weniger als 180°. Der Faserwinkel β ist dabei als der zur Flanschseite hin befindliche Winkel definiert. Diese Bauart führt dazu, dass besonders hohe Lasten von den Verstärkungsfasern aufgenommen werden können und damit dünnwandige Bauteile hergestellt werden können.According to the invention, reinforcing fibers extend endlessly along a partial section of the flange, further along a partial section of the central section, further along a partial section of the floor. Particularly advantageous is an embodiment of the invention in which the reinforcing fiber and further, extends back along a portion of the central part and further along a portion of the flange. Over this distance reinforcing fibers are endless. These reinforcing fibers are aligned in the section of the central part substantially in the axial direction. The fiber angle a, between reinforcing fibers in the region of the central part is more than 0 ° and less than 90 °. The fiber angle is defined here as the angle to the flange side. This design means that particularly high loads can be absorbed by the reinforcing fibers, the fiber winding process can be used for the production and that very thin-walled components can be produced. Reinforcing fibers also extend according to the invention endlessly (continuously) along a partial section of the central part, essentially in the circumferential direction and in a length of preferably at least the simple circumference of the central part. The fiber angle β between reinforcing fibers in the region of the central part is more than 120 ° and less than 180 °. The fiber angle β is defined here as the angle to the flange side. This design means that particularly high loads can be absorbed by the reinforcing fibers and thus thin-walled components can be produced.
Insbesondere die Kombination der mit den im Vorangegangenen beschriebenen in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufenden Verstärkungsfasern mit den im Vorangegangenen beschriebenen in axialer Richtung kontinuierlich verlaufenden Verstärkungsfasern und der erfindungsgemäßen thermoplastischen Matrix führt zu der besonders vorteilhaften Bauart für Spalttöpfe.In particular, the combination of the above-described continuously extending in the circumferential direction reinforcing fibers with the above-described continuously extending in the axial direction reinforcing fibers and the thermoplastic matrix according to the invention leads to the particularly advantageous design for split pots.
Das Aufbringen der Verstärkungsfasern kann beispielsweise besonders vorteilhaft im Faserwickelverfahren, im Fibre Placement- oder Tapelegeverfahren erfolgen. Der thermoplastiche Kunststoff kann beispielsweise PA, POM PE, PP, PC PSU, PES PEI, PVDF, PTFE, PPS, PEEK, PAI oder PI sein, als besonders vorteilhaft hat sich aufgrund der hohen chemischen Beständigkeit und der hohen Einsatztemperaturen PVDF, PPS oder PEEK herausgestellt.The application of the reinforcing fibers can, for example, be carried out particularly advantageously in the fiber winding process, in the fiber placement or tape laying process. The thermoplastiche plastic may, for example, PA, POM PE, PP, PC PSU, PES PEI, PVDF, PTFE, PPS, PEEK, PAI or PI be particularly advantageous because of the high chemical resistance and high operating temperatures PVDF, PPS or PEEK exposed.
Unter „kontinuierlichen Verstärkungsfaser“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung endlos Verstärkungsfasern, aus Verstärkungsfasern bestehende Materialien wie beispielsweise Rovings oder Verstärkungsfasern verstanden.In the context of the present invention, "continuous reinforcing fiber" is used to mean reinforcing fibers made of reinforcing fibers existing materials such as rovings or reinforcing fibers understood.
Unter „Liner“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung schützende Innenauskleidungen verstanden.By "liner" is meant in the context of the present invention protective inner linings.
Unter „Faserwinkel“ zwischen Verstärkungsfasern im Bereich des Mittelteils wird der zur Flanschseite hin befindliche Winkel verstanden.The term "fiber angle" between reinforcing fibers in the region of the central part is understood to mean the angle to the flange side.
Unter „thermoplastische Kunststoffe“, auch Plastomere genannt, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Kunststoffe verstanden, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermo-plastisch) verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt, er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden, solange nicht durch Überhitzung die sogenannte thermische Zersetzung des Materials einsetzt.In the context of the present invention, "thermoplastics", also called plastomers, are understood as meaning plastics which can be deformed (thermo-plastic) in a specific temperature range. This process is reversible, that is, it can be repeated as often as desired by cooling and reheating to the molten state, as long as not using the so-called thermal decomposition of the material by overheating.
Die anhängende Figur repräsentiert eine spezielle Ausführungsformen der Erfindung, dabei zeigt:
-
1 : Eine schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform der Bauart
-
1 : A schematic representation of a specific embodiment of the type
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- (1)(1)
- Flanschflange
- (2)(2)
- Mittelteilmidsection
- (3)(3)
- Bodenground
- (4)(4)
- Verstärkungsfaserreinforcing fiber
- (5)(5)
- Faserwinkel αFiber angle α
- (6)(6)
- Faserwinkel βFiber angle β
- (7)(7)
- Verstärkungsfaserreinforcing fiber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10322465 A1 [0013]DE 10322465 A1 [0013]
- DE 102009033111 A1 [0014]DE 102009033111 A1 [0014]
- DE 3626934 A1 [0015]DE 3626934 A1 [0015]
- EP 0822641 B1 [0016]EP 0822641 B1 [0016]
- DE 202017005477 [0017]DE 202017005477 [0017]
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021109789A1 (en) | 2021-04-19 | 2022-10-20 | Nidec Gpm Gmbh | Method for producing a thin-walled ceramic component, in particular a can or containment shell, thin-walled ceramic component and electric motor having the thin-walled ceramic component and glandless pump |
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2018
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DE102021109789A1 (en) | 2021-04-19 | 2022-10-20 | Nidec Gpm Gmbh | Method for producing a thin-walled ceramic component, in particular a can or containment shell, thin-walled ceramic component and electric motor having the thin-walled ceramic component and glandless pump |
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