WO2014063894A2 - Diffusionssperrschicht für spaltrohre - Google Patents

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    • H02K15/14—Casings; Enclosures; Supports

Definitions

  • the invention relates to a canned pipe for an electric motor.
  • Electric motors with a split tube can be found especially in hermetically sealed compressors in which the serving as a drive machine electric motor is integrated.
  • the can is a tubular component which is located in the air gap of the electric motor, as known from WO 2004/036052.
  • split tube is a common tube wrapped in endless glass fibers.
  • the glass fibers run in epoxy resin or are at least coated with epoxy resin.
  • the epoxy resin is usually cured under the influence of temperature.
  • the tube in many cases also a so-called winding mandrel, which is wrapped in glass fibers, can be removed again after the wrapping and the curing.
  • the cured epoxy resin matrix can prevent the permeation of gases such as methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide.
  • gases such as methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide.
  • a method is known after a can of plastic for a canned pump, in particular for a heating or cooling water pump, preferably for the automotive sector of a prefabricated tube with an additional layer of a reinforcing material, for example by wrapping with Threads made of coal is provided.
  • Object of the present invention is to provide a can for an electric motor, wherein the permeation is low.
  • split tube for an electric motor in particular for an electric motor in a compressor, is to be provided, the split tube being at least partially provided with an ethyl silicate coating.
  • Ethyl silicate coating also has a high surface hardness.
  • This high surface hardness also prevents unwanted erosion by hard particles in the passing gas. This is mainly about inside through the gap pipe flowing gas. As far as subsequently referred to high gas-tightness, it is generally not just a conventional tightness, which prevents gas from flowing through due to pressure differences.
  • Ethyl silicate coating is also that the gas can not pass through the split tube due to diffusion processes. This is especially important for toxic and / or highly corrosive gases, where particular care must be taken to prevent the escape of small quantities.
  • gas-tightness does not necessarily mean that no gas can pass through. This is desirable and is often achieved, in individual cases, especially in extreme conditions, but even with the use of the present invention is possible that small amounts of gas pass through a wall of the can.
  • a split tube is provided in which an element which can be wrapped with at least one wrapping element is present.
  • the coiling element is usually a winding mandrel. The wrappable element can be removed after wrapping again.
  • Umwicklungselement come various materials into consideration, which are sufficiently stable and flexible. In addition, the Umwicklungselement must withstand the conditions in the planned use of the electric motor, so about corrosive or toxic gases in a compressor.
  • Fibers made of glass and oxide ceramics have proved to be particularly suitable. In general, it is important that the fiber
  • the wrapping element is in a matrix of cured material, for example in an epoxy resin matrix.
  • the epoxy resin matrix can be provided by curing epoxy resin-impregnated fibers.
  • Ethyl silicate coating are applied.
  • a known can with an epoxy resin matrix could be provided with an ethyl silicate coating. This allows a simple production of a very stable and well sealed can.
  • the ethyl silicate coating has a dry film thickness of 50 ⁇ to 150 ⁇ , preferably about 100 ⁇ .
  • a dry film thickness of 50 ⁇ should generally not be exceeded, since the gas tightness and stability are otherwise not guaranteed safe. Dry film thicknesses of more than 150 ⁇ m bring high costs and little additional benefit in terms of stability and gas-tightness.
  • high dry film thicknesses pose the risk of delamination, also referred to as delamination.
  • Ethyl silicate coating may be formed from a plurality of individual ethyl silicate layers.
  • the wrapping formed by the wrapping element that is usually the fiber, has a wrapping
  • Ethyl Silicate Coating The reduction of unwanted hard particle erosion in the passing gas.
  • the gas normally flows on the inside, so that the
  • Ethyl silicate coating should also be installed on the inside.
  • the wrappable element can be made of different materials. Since the stability and gas-tightness is ensured by the wrapping, the matrix of hardened material provided in the rule and the ethyl silicate coating, the wrappable element is not subject to high requirements. to ask questions. It can be about a common pipe or an ordinary cylinder made of plastic or steel used. The only important thing is that it mechanically withstands wrapping. These limited requirements are particularly suitable if the coiling element is removed again after curing of the matrix. Of course, it must withstand the temperature that normally prevails during curing.
  • the invention also relates to a method for producing a split tube, in particular a split tube described above. For this purpose, first a wrap-around element is to be provided.
  • the wrappable element typically a tube or cylinder, is to be wrapped with a wrapping element, typically a fiber impregnated with a hardenable material such as resin.
  • An ethyl silicate coating ensures stability and gas tightness. As shown above is a two-sided
  • Ethyl silicate coating is preferred in order to profit on the inside of the ethyl silicate coating.
  • liquid ethyl silicate is applied, for example brushed or sprayed on.
  • the humidity causes hardening.
  • the molecular framework is similar to that of pebbles. This achieves the high gas-tightness and high surface hardness.
  • the wrapping element soaked with hardenable material.
  • a soaked wrapping element is used for wrapping, it could be wrapped first and then impregnated, such as by brushing or spraying with curable material. After curing, it is possible to wrap the wrapping
  • the ethyl silicate coating is applied in several layers.
  • the individual layers can be very thin, so that the individual layers can harden very well. If the layer is too thick, there is a risk that curing will take place on the side of the layer facing the ambient air and that curing of areas located further inwards will no longer be possible. Above all, this can be at the expense of stability. As a reasonable compromise between a stable coating and a manageable production costs, two layers have been found.
  • Figure 1 shows a winding mandrel, which is provided for wrapping
  • Figure 2 shows the wrapping of the winding mandrel with a fiber
  • Figure 3 shows the curing of the resin impregnated fiber in an oven
  • Figure 4 shows the removal of the winding mandrel
  • FIG. 6 shows the coating with ethyl silicate.
  • FIG. 1 shows a winding mandrel 1 as a coiled element.
  • the winding mandrel 1 is wound tightly with a fiber 2 as shown in FIG.
  • the fiber 2 is preferably a glass or ceramic fiber.
  • the fiber 2 is impregnated with hardenable material, in this case resin is selected for this purpose.
  • the winding mandrel 1 wound with the impregnated fiber 2 is then introduced into a furnace 3 shown schematically. There Heat is supplied, so that sets a required for curing temperature. After the required curing time, the cured matrix 4, in which the fiber 2 is located together with the winding mandrel surrounded by it, is removed from the oven 3. As shown in Figure 4, the mandrel 1 is pulled out of the matrix 4 side.
  • the obtained matrix 4 with the fiber 2 lying therein is ground on all sides, so that a split tube shown in FIG. 5 is obtained.
  • Ethyl silicate Shown here is the use of an inner coating device 5 and an outer coating device 6.
  • an ethyl silicate coating is applied on the inside and on the outside.
  • so much ethyl silicate is applied that after curing, which takes place with the aid of the humidity of the ambient air, each a layer thickness of about 50 ⁇ is formed. This process is repeated after curing, so that on the inside and on the outside of the matrix 4 a
  • Ethyl silicate coating with a thickness of about 100 ⁇ is present. This creates a can with high gas-tightness and stability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr für einen Elektromotor. Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr für einen Elektromotor, insbesondere für einen Elektromotor in einem Verdichter, wo- bei das Spaltrohr zumindest teilweise mit einer Ethylsilikatbeschichtung versehen ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Spaltrohrs.

Description

Beschreibung
Diffusionssperrschicht für Spaltrohre Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr für einen Elektromotor.
Elektromotoren mit einem Spaltrohr finden sich insbesondere bei hermetisch abgedichteten Verdichtern, bei denen der als Antriebsmaschine dienende Elektromotor integriert ist. Bei dem Spaltrohr handelt es sich um ein rohrförmiges Bauteil, das sich im Luftspalt des Elektromotors befindet, wie aus der WO 2004/036052 bekannt.
Ein möglicher Aufbau für ein Spaltrohr ist ein gewöhnliches Rohr, das mit endlosen Glasfasern umwickelt ist. Die Glasfasern verlaufen dabei in Epoxidharz oder sind zumindest mit Epoxidharz beschichtet. Dabei wird das Epoxidharz im Regelfall unter Temperatureinwirkung ausgehärtet. Das Rohr, in vielen Fällen auch ein sogenannter Wickeldorn, welches von Glasfasern umwickelt ist, kann nach der Umwicklung und der Aushärtung wieder entfernt werden. Durch die ausgehärtete Epoxidharzmatrix kann die Permeation von Gasen, wie etwa Methan, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff verhindert werden. Trotz der hohen Qualität derartiger Spaltrohre kommt es mit- unter zu Permeation, insbesondere bei hohen Druckdifferenzen.
Aus der DE 101 06 043 AI ist ein Verfahren bekannt, nachdem ein Spaltrohr aus Kunststoff für eine Spaltrohrpumpe, insbesondere für eine Heizungs- oder Kühlwasserpumpe, vorzugsweise für den Automobilbereich aus einem vorgefertigten Rohr mit einer zusätzlichen Lage aus einem verstärkenden Material zum Beispiel durch Umwicklung mit Fäden aus Kohle versehen wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Spaltrohr für einen Elektromotor zu schaffen, wobei die Permeation niedrig ist .
Die Lösung dieser Aufgabe findet sich insbesondere in den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. Weitere Details finden sich in der Beschreibung und den Zeichnungen.
Es wurde erkannt, dass ein Spaltrohr für einen Elektromotor, insbesondere für einen Elektromotor in einem Verdichter, bereit zu stellen ist, wobei das Spaltrohr zumindest teilweise mit einer Ethylsilikatbeschichtung versehen ist.
Die vorgeschlagene Ethylsilikatbeschichtung unterbindet die Permeation von Gasen sehr gut. Neben der Eigenschaft als hervorragende Diffusionssperre weist die
Ethylsilikatbeschichtung auch eine hohe Oberflächenhärte auf. Diese hohe Oberflächenhärte verhindert auch eine unerwünschte Erosion durch harte Partikel im vorbei strömenden Gas. Hierbei geht es vor allem um innen durch das Spaltrohr fließendes Gas. Soweit nachfolgend von hoher Gasdichtheit gesprochen wird, geht es im Allgemeinen nicht nur um eine konventionelle Dichtheit, die ein Durchströmen von Gas aufgrund von Druckdifferenzen unterbindet. Vorteilhaft an der
Ethylsilikatbeschichtung ist auch, dass das Gas nicht aufgrund von Diffusionsprozessen durch das Spaltrohr gelangen kann. Dies ist vor allem bei giftigen und/oder stark korrosiven Gasen wichtig, bei denen besonders darauf zu achten ist, dass auch der Austritt kleiner Mengen unterbunden wird. Ergänzend ist auszuführen, dass Gasdichtheit nicht zwingend bedeutet, dass keinerlei Gas hindurch gelangen kann. Dies ist angestrebt und wird häufig auch erreicht, in Einzelfällen, vor allem bei extremen Bedingungen, ist aber auch bei Einsatz der vorliegenden Erfindung möglich, dass geringe Mengen Gas durch eine Wand des Spaltrohrs gelangen. In einer Ausführungsform ist ein Spaltrohr vorgesehen, bei dem ein mit mindestens einem Umwicklungselement umwickelbares Element vorhanden ist. Das umwickelbare Element ist zumeist ein Wickeldorn. Das umwickelbare Element kann nach der Umwicklung wieder entfernt werden. Es ist also nicht notwendig, dass das umwickelbare Element im fertigen Spaltrohr verbleibt . Als Umwicklungselement kommen verschiedene Materialien in Betracht, die hinreichend stabil und flexibel sind. Zudem muss das Umwicklungselement den Bedingungen beim geplanten Einsatz des Elektromotors, also etwa korrosiven oder giftigen Gasen in einem Verdichter standhalten.
Ein bewährtes Umwicklungselement sind Fasern. Als besonders geeignet haben sich dabei Fasern aus Glas und Oxidkeramik erwiesen. Generell ist wichtig, dass die Faser die
Ethylsilikatbeschichtung chemisch verträgt. Als geometrisch brauchbar haben sich Fasern mit einem Durchmesser von 8 μπι bis 50 μπι erwiesen. Die Länge der Fasern hängt von der Größe des Spaltrohrs ab. Typischerweise werden Endlosfasern verwendet . In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich das Umwicklungselement in einer Matrix aus ausgehärtetem Material, beispielsweise in einer Epoxidharzmatrix. Wie beim später geschilderten Verfahren zur Herstellung des Spaltrohrs näher dargestellt, kann die Epoxidharzmatrix durch Aushärten von in Epoxidharz getränkten Fasern bereitgestellt werden. Auf die Matrix aus ausgehärtetem Material kann die
Ethylsilikatbeschichtung aufgebracht werden. So könnte etwa ein bekanntes Spaltrohr mit einer Epoxidharzmatrix mit einer Ethylsilikatbeschichtung versehen werden. Dies gestattet eine einfache Herstellung eines sehr stabilen und gut abdichtenden Spaltrohrs . In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ethylsilikatbeschichtung eine Trockenfilmschichtdicke von 50 μπι bis 150 μπι, bevorzugt ungefähr 100 μπι aufweist. Eine Trockenfilmschichtdicke von 50 μπι sollte im Regelfall nicht unterschritten werden, da die Gasdichtheit und die Stabilität sonst nicht sicher gewährleistet sind. Trockenfilmschichtdicken von über 150 μπι bringen hohen Aufwand und geringen zusätzlichen Nutzen an Stabilität und Gasdichtheit. Außerdem bergen hohe Trockenfilmschichtdicken die Gefahr einer Ablö- sung, die auch als Delamination bezeichnet wird. Die
Ethylsilikatbeschichtung kann aus einer Mehrzahl von einzelnen Ethylsilikatschichten gebildet sein.
In einer Ausführungsform hat die durch das Umwicklungsele- ment, also zumeist die Faser, gebildete Umwicklung eine
Schichtdicke von 2 mm bis 6 mm, bevorzugt 4 mm. Normalerweise ist das Umwicklungselement mehrlagig um das umwickelbare Element gewickelt. Wie oben ausgeführt, ist ein Vorteil der
Ethylsilikatbeschichtung die Reduktion unerwünschter Erosion durch harte Partikel im vorbei strömenden Gas. Das Gas strömt normalerweise auf der Innenseite, so dass die
Ethylsilikatbeschichtung auch und gerade auf der Innenseite angebracht sein sollte.
In diesem Zusammenhang ist freilich darzulegen, dass es denkbar wäre, auf der Innenseite die Ethylsilikatbeschichtung direkt auf dem umwickelbaren Element aufzubringen, wenn das umwickelbare Element nicht entfernt werden soll. Freilich muss in diesem Fall ein umwickelbares Element gewählt werden, das mit Ethylsilikat beschichtet werden kann.
Für das umwickelbare Element kommen verschiedene Materialien in Betracht. Da die Stabilität und Gasdichtheit durch die Umwicklung, die im Regelfall vorgesehene Matrix aus ausgehärtetem Material und die Ethylsilikatbeschichtung gewährleistet wird, sind an das umwickelbare Element keine hohen Anforde- rungen zu stellen. Es kann etwa ein gewöhnliches Rohr oder ein gewöhnlicher Zylinder aus Kunststoff oder Stahl eingesetzt werden. Wichtig ist lediglich, dass es mechanisch der Umwicklung standhält. Diese eingeschränkten Anforderungen ge- nügen besonders, wenn das umwickelbare Element nach der Aushärtung der Matrix wieder entnommen wird. Freilich muss es der bei der Aushärtung normalerweise herrschenden Temperatur standhalten . Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs, insbesondere eines oben geschilderten Spaltrohrs. Hierzu ist zunächst ein umwickelbares Element bereitzustellen. Das umwickelbare Element, in der Regel ein Rohr oder ein Zylinder, ist mit einem Umwicklungselement, in der Regel einer mit einem aushärtbarem Material, etwa Harz, getränkten Faser, zu umwickeln.
Eine Ethylsilikatbeschichtung sorgt für Stabilität und Gasdichtheit. Wie oben dargestellt ist eine beidseitige
Ethylsilikatbeschichtung bevorzugt, um auch auf der Innensei - te von der Ethylsilikatbeschichtung zu profitieren.
Zum Aufbringen der Ethylsilikatbeschichtung wird flüssiges Ethylsilikat aufgetragen, beispielsweise aufgestrichen oder aufgesprüht. Durch die Luftfeuchtigkeit erfolgt eine Aushär- tung . Nach der Aushärtung entspricht das Molekülgerüst etwa dem von Kieselsteinen. Dadurch werden die hohe Gasdichtheit und die hohe Oberflächenhärte erzielt.
In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ist vor- gesehen, das mit aushärtbarem Material getränkte Umwicklungselement auszuhärten. Wenngleich im Regelfall ein getränktes Umwicklungselement zur Umwicklung verwendet wird, könnte auch zuerst umwickelt werden und dann eine Tränkung, etwa durch Aufstreichen oder Aufsprühen mit aushärtbarem Material erfol - gen. Nach der Aushärtung ist es möglich, das umwickelbare
Element aus der ausgehärteten Matrix, in der sich das Umwicklungselement befindet, zu entnehmen. In einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass die Ethylsilikatbeschichtung in mehreren Lagen aufgebracht wird. Damit können die einzelnen Lagen sehr dünn sein, so dass die einzelnen Lagen sehr gut aushärten können. Bei einer zu dicken Lage besteht die Gefahr, dass an der der Umgebungsluft zugewandten Seite der Lage eine Aushärtung erfolgt und weiter innen liegende Bereiche nicht mehr aushärten. Dies kann vor allem zu Lasten der Stabilität gehen. Als sinnvoller Kompromiss zwischen einer stabilen Beschichtung und einem überschaubaren Herstellungsaufwand haben sich zwei Lagen erwiesen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematischen Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
Figur 1 einen Wickeldorn, der zur Umwicklung vorgesehen ist;
Figur 2 die Umwicklung des Wickeldorns mit einer Faser; Figur 3 die Aushärtung der harzgetränkten Faser in einem Ofen;
Figur 4 die Entfernung des Wickeldorns; Figur 5 das allseitig geschliffene noch nicht beschichtete Spaltrohr
Figur 6 die Beschichtung mit Ethylsilikat Figur 1 zeigt als umwickelbares Element einen Wickeldorn 1. Der Wickeldorn 1 wird wie in Figur 2 ersichtlich mit einer Faser 2 eng umwickelt. Bei der Faser 2 handelt es sich bevorzugt um eine Glas- oder Keramikfaser. Die Faser 2 ist mit aushärtbarem Material getränkt, vorliegend ist hierzu Harz gewählt.
Der mit der getränkten Faser 2 umwickelte Wickeldorn 1 wird sodann in einen schematisch gezeigten Ofen 3 eingeführt. Dort wird Wärme zugeführt, so dass sich eine zur Aushärtung erforderliche Temperatur einstellt. Nach der erforderlichen Aushärtezeit wird die ausgehärtete Matrix 4, in der sich die Faser 2 befindet samt dem davon umgebenen Wickeldorn aus dem Ofen 3 entnommen. Wie in Figur 4 gezeigt, wird der Wickeldorn 1 aus der Matrix 4 seitlich herausgezogen.
Um glatte und im gewünschten Maß vorliegende Flächen zu erhalten wird die erhaltene Matrix 4 mit der darin liegenden Faser 2 allseitig geschliffen, so dass ein in Figur 5 gezeigtes Spaltrohr erhalten wird.
Wie in Figur 6 gezeigt, erfolgt eine Beschichtung mit
Ethylsilikat . Gezeigt ist hier der Einsatz einer inneren Be- Schichtungseinrichtung 5 und einer äußeren Beschichtungsein- richtung 6. Damit wird auf der Innenseite und auf der Außenseite eine Ethylsilikatbeschichtung aufgebracht. Dabei wird soviel Ethylsilikat aufgebracht, dass nach dem Aushärten, das mit Hilfe der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft erfolgt, je- weils eine Schichtdicke von etwa 50 μπι sich ausbildet. Dieser Vorgang wird nach dem Aushärten wiederholt, so dass auf der Innenseite und auf der Außenseite der Matrix 4 eine
Ethylsilikatbeschichtung mit einer Dicke von etwa 100 μπι vorhanden ist. Damit wird ein Spaltrohr mit hoher Gasdichtheit und Stabilität geschaffen.
Das so geschaffene Spaltrohr kann etwa in einer Vorrichtung gemäß WO2004/036052 eingesetzt werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Spaltrohr für einen Elektromotor,
insbesondere für einen Elektromotor in einem Verdichter, wo- bei das Spaltrohr zumindest teilweise mit einer
Ethylsilikatbeschichtung versehen ist.
2. Spaltrohr nach Anspruch 1,
wobei das Spaltrohr durch Umwicklung eines umwickelbaren Ele- ments (1) mit mindestens einem Umwicklungselement (2) geschaffen ist, wobei das umwickelbare Element (1) entfernt sein kann.
3. Spaltrohr nach Anspruch 2,
wobei das Umwicklungselement eine Faser (2) ist.
4. Spaltrohr nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
wobei sich das Umwicklungselement (2) in einer Matrix (4) aus ausgehärtetem Material, beispielsweise in einer Epoxidharz- matrix, befindet.
5. Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Ethylsilikatbeschichtung eine Trockenfilmschichtdicke von 50 μπι bis 150 μπι, bevorzugt ungefähr 100 μπι aufweist.
6. Spaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine durch das Umwicklungselement (2) gebildete Umwicklung eine Schichtdicke von 2 mm bis 6 mm, bevorzugt 4 mm aufweist .
7. Spaltrohr nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
wobei das umwickelbare Element (1) aus einem Material wie Kunststoff oder einer Stahllegierung besteht oder dieses enthält .
8. Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs,
insbesondere eines Spaltrohrs nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen mindestens eines umwickelbaren Elements (1) ; - Umwickeln des umwickelbaren Elements (1) mit einem Umwicklungselement (2) ;
Beschichten des Umwicklungselements (2) mit einer
Ethylsilikatbeschichtung .
9. Verfahren nach Anspruch 8,
wobei zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden:
- Tränken des Umwicklungselements (2) mit aushärtbarem Material (4) ;
- Aushärten des getränkten Umwicklungselements (2), wobei das Aushärten insbesondere durch geeignete Temperatur erfolgen kann;
- Entfernen des umwickelbaren Elements (1) aus dem Umwicklungselement (2) .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
wobei die Ethylsilikatbeschichtung in mehreren Lagen aufgebracht wird.
PCT/EP2013/069925 2012-10-25 2013-09-25 Diffusionssperrschicht für spaltrohre WO2014063894A2 (de)

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