DE4118521A1 - Faserformteil sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Faserformteil sowie verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Faserformteil, insbesondere als Filtermittel für die Hochtemperaturfilterung, das im wesentlichen aus einer zu einem starren Körper gebundenen Faserstruktur aus anorganischen, insbesondere keramischen, Glas- und/oder metallischen Fasern besteht, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Solche für den Hochtemperaturbereich über 1000°C geeignete Faserformteile bestehen vorzugsweise aus Al2O3/SiO2-Fasern und eignen sich für verschiedenste Anwendungszwecke (vgl. Schupp, Der Markt für feuerfeste Keramikfaser-Produkte mit Anwendungstemperaturen von 1200°C bis 1800°C in SPRECHSAAL, Vol. 121, Nr. 10, 1988, Seite 948ff). Sie können so hergestellt werden, daß sie sich hervorragend als Hochtemperaturfilter eignen (vgl. DE-OS 39 27 727). Die Herstellung erfolgt im wesentlichen dadurch, daß man eine wäßrige Aufschlämmung von anorganischen Fasern und Bindemitteln durch Vakuum an ein geeignetes Formwerkzeug anlagert und dabei entwässert. Anschließend wird das Faserformteil von dem Formwerkzeug abgenommen und zwecks Entfernung des Wassers und Härtung des Bindemittels erhitzt bzw. gesintert. Hierdurch erhält das Faserformteil Eigenstabilität, d. h. es ist im wesentlichen starr. Eine wesentliche Formänderung hat dessen Zerstörung zur Folge.
Nach dem in der DE-OS 39 27 727 beschriebenen Vorschlag wird die Außenseite des solchermaßen hergestellten Filtermittels mit einer kleinporigen Oberflächenschicht aus einer folienförmigen, aus Kunststoff, Metall oder Keramik bestehenden Membran versehen. Ziel dieser zusätzlichen Anordnung einer Oberflächenschicht ist es, die Oberflächenfiltration durch Vorsehen kleiner Poren mit gleichmäßig großen Porendurchmessern sowie das Abreinigungsverhalten zu verbessern. Außerdem soll die ansonsten gegebene Beschädigungsgefahr für die Folienschicht durch Aufbringen auf den unbiegsamen Grundkörper vermieden werden.
Der Einsatz solcher Faserformteile ist beschränkt, weil nur einfache, keramikgerecht gestaltete Körper verwirklichbar sind. Es handelt sich dabei im wesentlichen um Schalen, Platten und Rohre. Kompliziertere Gestaltungen, bei denen plötzliche Querschnittsänderungen oder scharfe Knicke auftreten, haben eine drastische Erhöhung der Bruchgefahr zur Folge und müssen deshalb vermieden werden. Die Einsatzmöglichkeiten von Faserformteilen der eingangs genannten Art könnten jedoch erheblich ausgedehnt werden, wenn mehr Freiheit bei der Gestaltung bei den Faserformteilen bestünde.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Faserformteil aus anorganischen Fasern so auszubilden, daß sich auch kompliziertere Formgebungen verwirklichen lassen, ohne daß damit eine drastische Erhöhung der Bruchgefahr verbunden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Faserformteil eine aus anorganischen Verstärkungsfäden bestehende Armierung enthält. Dabei kommen für diese Fäden insbesondere Mono- oder Multifilamente in Frage.
Die Einlagerung solcher Verstärkungsfäden hat eine wesentliche Erhöhung der Bruchfestigkeit zur Folge und empfiehlt sich deshalb insbesondere da, wo das Faserformteil bruchgefährdet ist, d. h. vor allem im Bereich plötzlicher Querschnittsveränderungen und scharfer Knicke. Es können deshalb Faserformteile mit einer Formgebung verwirklicht werden, die bisher wegen der damit verbundenen Bruchgefahr als nicht keramikgerecht galt. Hierdurch wird der mögliche Einsatzbereich von hochtemperaturfesten Faserformteilen stark erhöht.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verstärkungsfäden aus Metall- oder Keramikwerkstoffen bestehen, die den Temperaturen standhalten, für die das jeweilige Faserformteil vorgesehen ist. Es bietet sich an, die Verstärkungsfäden aus demselben Werkstoff wie die Fasern herzustellen, damit sie sich auf diese Weise bei chemischen und thermischen Einflüssen genauso physikalisch halten wie die Fasern des Faserformteils.
Um nicht nur in einer Richtung eine Verstärkung des Faserformteils zu erreichen, sollten die Verstärkungsfäden sich in unterschiedlichen Richtungen erstrecken. Dies kann besonders günstig und für die Herstellung einfach handhabbar dadurch verwirklicht werden, daß die Verstärkungsfäden in Form eines Fadengeleges, Gewebes oder Gewirkes vorliegen. Dabei können die Verstärkungsfäden auch in mehreren Lagen vorhanden sein, insbesondere wenn relativ dicke Querschnitte verstärkt werden sollen.
Gegenstand der Erfindung ist des weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Faserformteils, bei dem eine Aufschlämmung anorganischer Fasern und von Bindemittel an oder in einem Formwerkzeug entwässert und dann der so gebildete Formkörper gesintert wird. Erfindungsgemäß wird dann zunächst eine erste Schicht von anorganischem Fasermaterial und Bindemittel an dem Formwerkzeug gebildet und werden auf diese Schicht Verstärkungsfäden aufgelegt, bevor wenigstens eine weitere Schicht von anorganischen Fasern und von Bindemittel auf den Verstärkungsfäden gebildet wird. Es kann jedoch auch mit einer Schicht Verstärkungsfäden begonnen werden, die auf das Formwerkzeug gelegt werden, bevor eine Schicht aus anorganischen Fäden und Bindemittel gebildet wird. In der gleichen Weise können dann noch weitere Schichten abwechselnd aus Verstärkungsfäden oder Fasermaterial und Bindemittel aufgebracht werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines schematisch gehaltenen Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigt im Axialschnitt ein Faserformteil (1), das aus einem im Querschnitt kreisrunden Rohrabschnitt (2) und einem endseitig nach außen vorstehenden Flansch (3) besteht. Das Faserformteil (1) besteht als Ganzes aus keramischen Fasern, die aus einer Aufschlämmung aus Fasern und Bindemittel gesintert worden sind, so daß ein im wesentlichen starres Faserformteil (1) entstanden ist.
Die Anformung des Flansches (3) ist normalerweise nicht keramikgerecht, da hierdurch ein scharfer Knick entsteht, der die Bruchgefahr drastisch erhöhen würde. Um dies zu vermeiden, ist in das Faserformteil (1) ein Verstärkungsgewebe (4) aus Verstärkungsfäden - beispielhaft mit (5) bezeichnet - enthalten, das etwa in der Mitte des Querschnittes des Faserformteils (1) angeordnet ist und sich über den gesamten Umfang des Faserformteils (1) erstreckt. Im Bereich des Rohrabschnitts (2) verläuft das Verstärkungsgewebe (4) im wesentlichen axial und biegt dann im Bereich des Flansches (3) radial nach außen um. Durch das eingelegte Verstärkungsgewebe (4) wird die im Bereich des Flansches (3) ansonsten bestehende Bruchgefahr erheblich herabgesetzt, so daß der Flansch (3) entsprechend belastet werden kann.

Claims (10)

1. Faserformteil, insbesondere als Filtermittel für die Hochtemperaturfilterung, das im wesentlichen aus einer zu einem starren Körper gebundenen Faserstruktur aus anorganischen, insbesondere keramischen, Glas- und/oder metallischen Fasern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserformteil (1) eine aus anorganischen Verstärkungsfäden (5) bestehende Armierung (4) enthält.
2. Faserformteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden (5) aus Mono- oder Multifilamenten bestehen.
3. Faserformteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden aus Metall- oder Keramikwerkstoffen bestehen.
4. Faserformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden (5) aus demselben Werkstoff wie die Fasern bestehen.
5. Faserformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden (5) in unterschiedlichen Richtungen verlaufen.
6. Faserformteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfäden (5) in Form eines Fadengeleges, Gewebes (4) oder Gewirkes vorliegen.
7. Faserformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lagen von Verstärkungsfäden (5) vorgesehen sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Faserformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Aufschlämmung von anorganischen Fasern und von Bindemittel an oder in einem Formwerkzeug entwässert und dann der so gebildete Formkörper gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste Schicht von anorganischen Fasern oder Bindemittel gebildet wird und auf diese Schicht Verstärkungsfäden (5) aufgelegt werden, bevor wenigstens eine weitere Schicht von anorganischen Fasern und Bindemittel auf den Verstärkungsfäden gebildet wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines Faserformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Aufschlämmung von anorganischen Fasern und von Bindemittel an oder in einem Formwerkzeug entwässert und dann der so gebildete Formkörper gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Schicht von Verstärkungsfäden (5) auf das Formwerkzeug gelegt wird und auf diese Schicht dann eine Schicht aus anorganischen Fasern und Bindemittel gebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schichten abwechselnd aus Verstärkungsfäden (5) und/oder anorganischen Fasern und Bindemittel aufgelegt bzw. gebildet werden.
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