DK176650B1 - Stöbeemne. - Google Patents

Description

DK 176650 B1

Titel: Støbeem ne.

Opfindelsen angår et støbeemne i form af et top- eller bundstykke til et- eller flertrinspumper, og hvor der findes en rørstuds eller rørtilslutning, hvilket støbe-5 emne er fremstillet i en lukket støbeform og består af et indre forstærkningsindlæg og et dette helt eller delvis omsluttende omstøbningsmateriale, og hvor forstærkningsindlægget består af mindst to forskellige materialer, hvoraf mindst et er en termoplast 10 Det er kendt at fremstille et støbeemne i en lukket støbeform, hvor der inderst i støbeemnet befinder sig et forstærkningsindlæg af metal og uden om dette er udstøbt et omstøbningsmateriale. Dette støbeemne er ikke helt tilfredsstillende, fordi det vel er stærkt og stift, men for tungt, 15 Fra WO offentliggørelsesskrift 98/28120 er det kendt ved sprøjtestøbning at fremstille et støbeemne i form af en rørfitting med et forstærkningsindlæg af fibre i en termohærdende eller termoplastisk matrix med et omsluttende materiale af termoplast. Støbeemnet er ikke et top- eller bundstykke til et- eller flertrinspumper, og der er ikke tale om, at forstaerkningsindlægget har nogen 20 udkragning til dannelse af en forstærkning i en studs eller rørtilslutning eller til fastgørelse af en forstærkningsdel for studs eller rørtilslutning.

Fra GB offentliggørelsesskrift nr. 2323322 er det kendt at fremstille et støbeemne ved sprøjtestøbning, hvor støbeemnet har et forstærkningsindlæg af klæde, 25 der består af fibre og termoplast, der påsprøjtes termoplast Forstærkningsindlægget har heller ikke nogen udkragning til dannelse af en forstærkning i en studs eller til fastgørelse af en forstærkningsdel med henblik på at løse de styrkeproblemer, der findes, når støbeemnet er et top- eller bundstykke til et- eller flertrinspumper, og man ønsker at holde dette top- eller bundstykkes vægtyk-30 kelse lille.

Fra US patentskrift nr. 5344515 kendes en fremgangsmåde til fremstilling af pumpehuse og hvor der på et udgangsmateriale oplægges et "blødt" fibermate- DK 176650 B1 2 riale imprægneret med en hærdeplast, hvilken sidste så hærdes i autoklave.

Der er ikke tale om en formfast imprægneringsdel, hvorom en omstøbning efterfølgende udstøbes.

5 Formålet med opfindelsen er at anvise et støbeemne i form af et top- eller bundstykke til pumper og af den indledningsvis nævnte art, og som kan udformes med forholdsvis tynde vægge, og som trods en geometrisk kompliceret flade med hui i vil udvise stor styrke.

10 Støbeemnet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at forstrækningsindlægget er præformet med en udkragning til dannelse af en forstærkning i en studs eller rørtilslutning i støbeemnet eller til fastgørelse af en eventuel forstærkningsdel i nævnte studs eller rørtilslutning, hvilket forstærkningsindlæg inden omstøbningen er fremstillet ud fra et garn af forstærkningsfibre og termoplasti-15 ske polymerfibre (hybridgam) og i det mindste delvis er bibragt det færdige emnes facon {præform), idet eksempelvis gamet er vævet til et fleksibelt klæde, som er opvarmet i ovn til over polymerens smeltepunkt og derefter presset i form (præformet) i en forholdsvis kold form og stivnet heri, idet den smeltede polymer i polymerfibrene herved danner matrixmasse i forstærkningsindlægget, 20 og at omstøbningsmaterialet er en sprøjtestøbelig polymer, såsom en plast eller en elastomer, til dannelse af geometrisk komplicerede ydre funktionsflader på det færdige emne. Herved opnås betydelige håndteringsfordele under støbe-emnets fremstilling og bedre mulighed for at forsyne støbeemnet med en geometrisk kompliceret flade, ligesom støbeemnet kan udformes med forholdsvis 25 tynde vægge og dog bevare stivheden.

Ifølge opfindelsen kan forstærkningsindlæggets forstærkningsfibre være halvlange fibre, f.eks. med en længde på 70-100 mm, især 80-90 mm, f.eks. 85 mm.

Derved kan forstærkningsindlægget gøres særligt tyndt.

Ifølge opfindelsen kan forstærkningsindlægget være fremstillet ud fra et garn af forstærkningsfibre og polymerpartikler være afsat på forstærkningsfibrene. Der- ! .

30 3 DK 176650 B1 ved opnås også betydelige besparelser med hensyn til senere bearbejdning, fordi støbeemnet kan få en form næsten svarende til det færdige emne.

Desuden kan ifølge opfindelsen hybridgarnets polymerfibre og/elier polymerpar-5 tikler og omstøbningsmaterialet være således valgt, at der er god adhæsion mellem disse, hvorved det sikres, at støbeemnet bliver særlig stærkt.

Ifølge opfindelsen kan forstærkningsindlægget være fremstillet ud fra forstærk-ningsfrbre, som er indlejret i en matrixmasse af termoplast til dannelse af et 10 bånd (tape), hvor båndet er oplagt eller vævet til et klæde, som efterfølgende er opvarmet i en ovn til over termoplastens smeltepunkt og presset i facon. Derved får man sikkerhed for, at forstærkningsfibrene er fuldt gennemvædet (højere fyldningsgrad).

15 Ifølge opfindelsen kan forstærkningsindlæggets matrixmasse have et lavere smeltepunkt end omstøbningsmaterialet. Derved opnås en forbedret vedhæftning mellem forstærkningsindlæggets matrixmasse og omstøbningsmaterialet.

Fremdeles kan, når forstærkningsindlæggets fiorstærkningsfibre er glasfibre, 20 kulfibre eller aramidfibre (Kevlar), ifølge opfindelsen kulforstærkningsfibrene have en diameter på 6-10 pm, især ca. 8 pm, og glasforstærkningsfibrene have en diameter på 10-20 pm, især 13-16 pm, f.eks. 14-15 pm, og aramidforstærk-ningsfibrene (Kevlar) have en diameter på 10-15 pm, især 11-14 pm, f.eks. ca.

12 pm. Især disse fiberdiametre har vist sig hensigtsmæssige, idet man herved 25 får et passende stort forhold mellem fibrenes overflade og volumen.

Ifølge opfindelsen kan forstærkningsindlæggets matrixmasse og/eller omstøbningsmaterialet være af et materiale valgt blandt polyethylenterephthalat (PET), polybutylenterephthalat (PE3T), polyamid (PA), polypropylen (PP), polyphenyle-30 nether (PPE), polyphenylensulfid (PPS), polyethersulfon (PES), polyetherether-keton (PEEK), polyvinylidenfluorid (PVDF), polyamidimid (PAI), polyetherimid (PEI), pofycarbonat (PC) og polyimid (PI) eller en blanding indeholdende et eller flere af disse materialer. Disse materialer har vist sig særligt hensigtsmæssige, 4 DK 176650 B1 især fordi nogle af dem er amorfe, og nogle udviser god resistens over for kemikaliepåvirkninger.

Hvis støbeemnet har en flange, kan ifølge opfindelsen forstærkningsindlæggets 5 facon være således valgt, at det har mindst en central gennembrydning og være indrettet til at kunne forstærke flangen, som f.eks. kan tjene til montering af en akseltætning eller et lejesystem.

Desuden kan ifølge opfindelsen flangen med fordel være udkernet til dannelse 10 af ved dennes omkreds fordelte gennemgående montagehuller, som samtidigt kan fiksere forstærkningsindlægget under støbeprocessen.

Endvidere kan ifølge opfindelsen flangen være udkernet til dannelse af ikke-gennemgående huller på hver side af denne på en sådan måde, at forstærk-15 ningsindlægget kan positioneres i forhold til formen.

Fremdeles kan ifølge opfindelsen forstærkningsindlægget være udformet med trykudligningshuller til sikring af hurtig trykudligning mellem indlæggets to sider.

Herved opnås god trykudligning under udstøbning af omstøbningsmaterialet.

20

Endelig kan ifølge opfindelsen forstærkningsindlægget have yderligere gen-nembrydninger i form af indhak i kanten af indlægget. Herved opnås en god mekanisk låsning af forstærkningsindlæggets kant efter afformning, og det forhindres, at omstøbningsmaterialet delaminerer fra indlægget på grund af mate-25 rialesvind efter afformningen.

Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 perspektivisk viser en del af et forstærkningsindlæg opbygget af forstærk-30 ningsfibre og indlejret i en matrixmasse, fig. 2 samme, idet forstærkningsfibrene er tilfældigt orienterede, og 5 DK 176650 B1 fig. 3 en del af et færdigt støbeemne, set i perspektiv, hvilket støbeemne indeholder et forstærkningsindlæg.

Til støbning af støbeemnet ifølge opfindelsen, som er opbygget af et indre for-5 stærkningsindlæg 4 (se fig. 1) og en matrixmasse 7 og et sidstnævnte helt eller delvis omsluttende omstøbningsmateriale 5 (se fig. 3), anvendes der normalt en særlig støbeform, som dog ikke er genstand for beskyttelse ved nærværende patent. Forstærkningsindlægget 4 er termoformbart og består af mindst to forskellige materialer, hvoraf mindst et er en temnoplast Omstøbningsmaterialet 5 10 (fig. 3) er en sprøjtestøbepolymer, såsom en plast eller en elastomer. Dette er egnet til at danne geometrisk komplicerede ydre funktionsflader; f.eks. kan det være flader som vist ved 22 på støbeemnet i fig. 3.

Som vist i fig. 1 kan støbeemnets forstærkningsindlæg 4 være af forstærknings-15 fibre 14, hvor sidstnævnte er indlejret i matrixmassen 7. Sidstnævnte kan være en første plast, f.eks. en termoplast, som kan binde til forstærkningsfibrene. Omstøbningsmaterialet 5 (se fig. 3) kan i dette tilfælde være en anden plast, f.eks. en termoplast eller en termohærdende plast. Forstærkningsfibrene 14 kan eventuelt være overfladebehandlet med henblik på at forøge disse fibres adhæ-20 sionsevne i forhold til den nævnte første plast.

Fig. 1 viser også, hvorledes forstærkningsindlæggets forstærkningsfibre 14 kan være kontinuerte, dvs. meget lange. Det er dog også muligt, at forstærkningsfibrene kan være halvlange og f.eks. have en længde på 70-10 mm, især 80-90 25 mm, helt specielt 85 mm.

I fig, 1 er endvidere vist, hvorledes forstærkningsindlæggets forstærkningsfibre 14 kan være orienteret i vinkelret på hinanden stående retninger. Dette er antydet ved pile A og B. Vinklen mellem de to retninger kan dog være en hvilken 30 som helst ønsket.

6 DK 176650 B1

Som vist i fig. 2 kan forstærkningsindlæggets lorstærkningsfibre 14 være tilfældigt orienterede, idet de danner en "random mat". Dette er godt, hvis man ønsker, at det færdige støbeemne udadtil skal virke transverst isotropt.

5 Forstærkningsindlægget 4 kan være fremstillet ud fra garn af forstærkningsfibre og meget korte polymerfibre (hybridgarn) og i det mindste delvis være bibragt det færdige emnes facon. Det sidste ses særlig tydeligt, når man sammenligner den i fig. 1 viste facon af forstærkningsindlægget med den i fig. 3 viste facon af støbeemnet. Forstærkningsindlægget kan eksempelvis være opbygget af garn, 10 som er vævet til et fleksibelt klæde, der er opvarmet i ovn til over polymerens smeltepunkt; derefter er klædet så blevet presset i facon i en forholdsvis kold form og stivnet heri. I dette tilfælde danner den smeltede polymer i polymerfibrene forstærkningsindlæggets matrixmasse.

15 Det er også muligt, at forstærkningsindlægget kan være fremstillet ud fra et garn af forstærkningsfibre og polymerpartikler afsat på disse fibre og i det mindste delvis være bibragt det færdige emnes facon. Eksempelvis kan garnet indgå i et fleksibelt klæde, som er opvarmet i ovn til over polymerens smeltepunkt og derefter presset i facon i en forholdsvis kold form og stivnet heri. I dette tilfælde 20 danner den smeltede og derefter stivnede polymer i polymerpartiklerne forstærkningsindlæggets matrixmasse.

Normalt vil man sørge for, at der mellem på den ene side: forstærkningsindlæggets hybridgarns polymerfibre og/eller polymerpartikler - og på den anden side: 25 omstøbningsmaterialet, er en god adhæsion.

Forstærkningsindlægget 4 kan være fremstillet ud fra forstærkningsfibre, som er indlejret i en matrixmasse af termoplast til dannelse af et bånd (tape), hvor dette bånd så er oplagt eller vævet, så at der dannes et klæde; efterfølgende er klæ-30 det så blevet opvarmet i en ovn til over termoplastens smeltepunkt og presset i facon.

DK 176650 B1 7

Der er også den mulighed, at forstærkningsindlægget 4 kan bestå af forstærkningsfibre, som under opvarmning er blevet sammenvalset med plader af termoplastisk materiale og efterfølgende - efter at være blevet opvarmet til over det termoplastiske materiales smeltepunkt - er blevet presset i facon.

5

Forstærkningsindlæggets 4 matrixmateriale kan eventuelt have et lavere smeltepunkt end omstøbningsmaterialet 5.

Et færdigt støbeemne 2 kan være fremstillet ved, at man først indlægger for-10 stærkningsindlægget 4 i en støbeform og derefter ved sprøjtestøbning tilfører omstøbningsmateriale 5, eventuelt ved en "reaction injection moulding" (RIM).

Forstærkningsindlæggets 4 forstærkningsfibre 14 kan være glasfibre, kulfibre eller aramidfibre (Kevlar).

15

Kulforstærkningsfibrene 14 kan have en diameter på 6-10 pm, især ca. 8 pm, medens glasforstærkningsfibrene kan have en diameter på 10-12 pm, især 13-16 pm, f.eks. 14-15 pm; aramidforstærkningsfibrene (Kevlar) kan have en diameter på 10-15 pm, især 11-14 pm, f.eks. ca. 12 pm.

20

Forstærkningsindlæggets 4 matrixmasse og/eller omstøbningsmaterialet 5 kan være af et materiale valgt blandt polyethylenterephthalat (PET), polybutylen-terephthalat (PBT), polyamid (PA), polypropylen (PP), polyphenylenether (PPE), polyphenylensulfid (PPS), polyethersulfon (PES), polyetheretherketon 25 (PEEK), polyvinylidenfluorid (PVDF), polyamidimid (PAI), polyetherimid (PEI), polycarbonat (PC) og polyimid (PI) eller være en blanding indeholdende et eller flere af disse materialer. Omstøbningsmaterialet 5 kan også være termoplastisk polyurethan (TPU) eller termoplastiske polyolefiner (TPO), som begge er elastomerer.

Det færdige støbeemne 2 ifølge opfindelsen - sammenlign fig. 3 - kan være et top- eller bundstykke til en et- eller flertrinspumpe.

30 8 DK 176650 B1

Som vist i fig, 3 kan det færdige støbeemne 10 være forsynet med en rørstuds 12 eller rørtilslutning. Forstærkningsindlægget 4 kan i dette tilfælde være forsynet med en udkragning 13 til dannelse af en forstærkning i rørstudsen 12 eller rørtilslutningen, eller til fastgørelse afen eventuel forstærkningsdel 17 i rørstud-5 sen 12 eller rørtilslutningen.

Som vist i fig. 3 kan forstserkningsindlægget have mindst en central gennem-brydning 15 og være indrettet til at forstærke en cirkulær flange 16, som afgrænser et centralt hul 24 i støbeemnet. I dette hul kan der f.eks. monteres en 10 ikke-vist akseltætning eller et ikke-vist lejesystem.

Flangen 16 kan (se fig. 3) være udkemet til dannelse af ved dens omkreds fordelte montagehuller 18,18b. Nogle af disse huller 18 er gennemgående, andre huller 18b ikke. De gennemgående huller 18 kan f.eks. anvendes til at hindre 15 forstærkningsindlægget i at rotere, når omstøbningsmaterialet hældes i den anvendte støbeform, men også til at fastholde et lejesystem eller sikre en passage for at et medie, som skal kunne strømme gennem flangen. Det sidste er aktuelt, hvis støbeemnet f.eks. er en pumpedel. De ikke-gennemgående huller 18b kan anvendes til at positionere forstærkningsindlægget i forhold til støbeformen.

20

Som antydet til venstre i fig. 3 kan forstærkningsindlægget 4 være forsynet med huller 19 (dog kun et hul er vist) til sikring af hurtig trykudligning mellem forstærkningsindlæggets to sider under støbeprocessen, 25 Som antydet nederst til venstre i fig. 3 kan der i forstærkningsindlæggets 4 kant være tildannet indhak 20 (kun et sådant er vist) til sikring af, at omstøbningsmaterialet 5 hænger godt fast på forstærkningsindlægget, og derved delaminering undgås.

30 Det færdige støbeemne kan være en væskeberørt og trykbærende pumpe- eller beholderdel.

Claims (7)

9 DK 176650 B1

1. Støbeemne (2) i form af et top- eller bundstykke til et- eller flertrinspumper, og hvor der findes en rørstuds eller rørtilslutning, hvilket støbeemne er fremstil- 5 let i en lukket støbeform (1) og består af et indre forstærkningsindlæg (4) og et dette helt eller delvis omsluttende omstøbningsmateriale (5), og hvor forstærkningsindlægget (4) består af mindst to forskellige materialer, hvoraf mindst et er en termoplast, kendetegnet ved, at forstærkningsindlægget (4) er præformet med en udkragning (13) til dannelse afen forstærkning i en studs (12) eller rør-10 tilslutning i støbeemnet (2), eller til fastgørelse af en eventuel forstærkningsdel (17) i nævnte studs eller rørtilslutning, hvilket forstærkningsindlæg (4) inden omstøbningen er fremstillet ud fra et garn af forstærkningsfibre og termoplasti-ske polymerfibre (hybridgarn) og i det mindste delvis er bibragt det færdige emnes (2) facon (præform), idet eksempelvis gamet er vævet til et fleksibelt klæde, 15 som er opvarmet i ovn til over polymerens smeltepunkt og derefter presset i facon (præformet) i en forholdsvis kold form og stivnet heri, idet den smeltede polymer i polymerfibrene herved danner matrixmasse i forstærkningsindlægget, og at omstøbningsmaterialet (5) er en sprøjtestøbelig polymer, såsom en plast eller en elastomer, til dannelse af geometrisk komplicerede ydre funktionsmåder (22) 20 på det færdige emne (2).

2. Støbeemne ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsindlæggets (4) forstærkningsfibre (14) er halvlange fibre, f.eks. med en længde på 70-100 mm, især 80-90 mm, f.eks. 85 mm. 25

3. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1 eller 2, kendetegnet ved, at forstærkningsindlægget (4) er fremstillet ud fra et garn af forstærkningsfibre og meget korte polymerfibre i form af polymerpartikler afsat på forstærkningsfibrene. 30

4. Støbeemne ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at hybridgamets polymerfibre og/eller polymerpartikler (4) og omstøbningsmaterialet (5) er således valgt, at der er god adhæsion mellem disse. 10 DK 176650 B1

5. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at forstærkningsindlægget (4) er fremstillet ud fra forstærkningsfibre (14), som er indlejret i en matrixrnasse (7) af termoplast til dannelse af et bånd (tape), hvor båndet er oplagt eller vævet til et klæde, som efterfølgende er opvarmet i en 5 ovn til over termoplastens smeltepunkt og presset i facon.

6. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-5, kendetegnet ved, at forstærkningsindlæggets (4) matrixrnasse (7) har et lavere smeltepunkt end omstøbningsmaterialet (5). 10

7. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-6, og hvor forstærkningsindlæggets forstærkningsfibre (14) er glasfibre, kulfibre eller aramidfibre (Kevlar), kendetegnet ved, at kulforstærkningsfibrene (14) har en diameter på 6-10 pm, især ca. 8 pm, og at glasforstærkningsfibrene har en diameter på 10-20 pm, 15 især 13-16 pm, f.eks. 14-15 pm, og at aramidforstærkningsfibrene (Kevlar) har en diameter på 10-15 pm, især 11-14 pm, f.eks. ca. 12 pm.

8. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-7, kendetegnet ved, at forstærkningsindlæggets (4) matrixrnasse (7) og/eller omstøbningsmaterialet (5) er 20 af et materiale valgt blandt polyethylenterephthalat (PET), polybutylenterephtha-lat (PBT), polyamid (PA), polypropylen (PP), polyphenylenether (PPE), po-lyphenylensulfid (PPS), polyethersulfon (PES), polyetheretherketon (PEEK), po-lyvinylidenfluorid (PVDF), polyamidimid (PAI), polyetherimid (PEI), polycarbonat (PC) og polyimid (PI) eller er en blanding indeholdende et eller flere af disse 25 materialer.

9. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-8, og som har en flange (16), kendetegnet ved, at forstærkningsindlæggets (4) facon er således valgt, at det har mindst en central gennembrydning (15) og er indrettet til at kunne forstærke 30 flangen (16), der f.eks. kan tjene til montering af en akseltætning eller et lejesystem. 11 DK 176650 B1

10. Støbeemne ifølge krav 9, kendetegnet ved, at flangen (16) er udkemet til dannelse af ved dennes omkreds fordelte gennemgående montagehuller (18), som samtidigt kan fiksere forstærkningsindlægget (4) under støbeprocessen.

11. Støbeemne ifølge krav 10, kendetegnet ved, at flangen (16) er udkernet til dannelse af ikke-gennemgående huller (18b) på hver side af denne på en sådan måde, at forstærkningsindlægget (4) er positioneret mellem kernerne.

12. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-11, kendetegnet ved, at for-10 stærkningsindlægget (4) er udformet med trykudiigningshuller (19).

13. Støbeemne ifølge et eller flere af kravene 1-12, kendetegnet ved, at forstærkningsindlægget (4) har yderligere gennembrydninger i form af indhak (20) i kanten af forstærkningsindlægget (4). 15 DK 176650 B1

7 Fig. 1 η ' Fig. 2