DE3742852C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung flexibler Halbzeuge aus faserverstärkten Kunststoffen zur Herstellung von Rohren für die Be- und Entlüftung von Fahrgastzellen.

Rohre aus faserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise aus Reaktions­ harzen, wie Polyesterharze oder Epoxidharze sind bekannt und werden für viele Zwecke mit Erfolg eingesetzt. Besonders vorteilhaft sind sie dort, wo es auf Beständigkeit gegenüber korrosiven Medien ankommt. Im allge­ meinen erfolgt ihre Herstellung diskontinuierlich. Dabei werden Fäden oder faserige Flächengebilde, vornehmlich Glasfasermatten mit Harz getränkt und unter einem Winkel auf einen rotierenden Kern aufgewickelt, ausgehärtet und der Wickelkörper abgezogen. Auf diese Weise lassen sich zwar hochfeste Präzisionsrohre herstellen, der Arbeits- und Zeitaufwand ist jedoch erheb­ lich. Darüber hinaus muß für jeden Rohrdurchmesser ein entsprechender Wickelkern bereitgestellt werden. Für die Be- und Entlüftung von Fahr­ gastzellen sind derartige Rohre mit engen Toleranzgrenzen nicht unbedingt erforderlich.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, anzugeben, wie Rohre aus faser­ verstärkten Kunststoffen mit geringem Aufwand einfach und schnell her­ stellbar sind. Außerdem sollen die Rohre besonders leicht, wärmebe­ ständig und nicht brennbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Verwendung flexibler Halbzeuge aus faserverstärkten Kunststoffen vorgeschlagen, wobei die aus wenigstens einem mit einem aromatischen Polyether oder Polythioether getränkten oder laminierten textilen Flächengebilde bestehenden Halbzeuge rohrartig verwölbt und die Ränder des bzw. der Halbzeuge(s) überlappend oder nach ihrer Abkantung miteinander verschweißt werden.

Für die Halbzeuge, d. h. für das Tränken oder Laminieren der textilen Flächengebilde kommen insbesondere die eine erhöhte Wärmeformbeständigkeit aufweisenden und schwer entflammbaren aromatischen Polyether und Polythioether, z. B. Polyphenylenether, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyetherketon oder Polyphenylensulfid sowie Mischungen dieser Thermo­ plaste in Betracht. Zusätzlich können diese Kunststoffe übliche Zusatz­ stoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatika, Stabilisatoren, Flammschutzmittel oder Gleitmittel enthalten.

Als textile Flächengebilde eignen sich Gewebe, Matten, Vliese oder Gelege, die aus Glas-, Kohlenstoff- und/oder Kunststoff-Fasern, vorzugsweise aus Mineral- und oxydkeramischen Fasern hergestellt sein können. Um einen besseren Zusammenhalt der Fasern im Flächengebilde zu bewirken, werden sie zweckmäßigerweise mit üblichen Bindern auf Kunststoffbasis beschichtet. Glasfasern werden mit üblichen Schlichten behandelt. Das Flächengewicht der faserigen Substanzen beträgt etwa 15 bis etwa 1000 g/m².

Zur Herstellung der Halbzeuge werden die textilen Flächengebilde in an sich bekannter Weise mit Kunststoff laminiert, indem z. B. eine Kunststoff­ schmelze über eine Breitschlitzdüse extrudiert und von beheizten Walzen oder Preßbändern in das Fasermaterial eingedrückt wird. Es ist auch möglich, die Flächengebilde mit einer dünnflüssigen Kunststofflösung zu tränken und anschließend das Lösungsmittel zu verdampfen oder den Kunst­ stoff im Phasenumkehrverfahren auszufällen und das entstandene Gebilde zu verdichten. Der Fasergehalt der Halbzeuge kann in weiten Grenzen variieren und liegt im allgemeinen zwischen 20 und 90 Gew.-%. Die Halbzeugdicke beträgt etwa 0,05 bis etwa 1,5 mm.

Durch die Verwendung aromatischer Polyether oder Polythioether für das Tränken bzw. Laminieren der faserigen Flächengebilde werden die Normen der Brennbarkeit und der Toxizität der Gase, die bei einer Verbrennung entstehen, gemäß FAR 25 853 bzw. ATS 1000 001 erfüllt. Zudem wird auch infolge des geringen Kunststoffanteils die Wärmeentwicklung im Brandfall reduziert.

Die Weiterverarbeitung der Halbzeuge zu Rohren, erfolgt durch entsprechende Verwölbung und Verschweißung der Halbzeugränder, wobei gegebenenfalls die Ränder gleichzeitig abgekantet werden. Verschiedene Ausführungsformen der Rohre sind in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein innen und außen glattes Rohr, das durch elastisches Biegen des Halbzeuges in die Rohrform gebracht wird und durch Verschweißen der überlappenden Ränder fixiert wird. Gemäß Fig. 2 werden zunächst die zu verschweißenden Halbzeugränder abgekantet und dann miteinander ver­ bunden. Es ist aber auch möglich, gleichzeitig beim Schweißen, solange die Halbzeugränder noch plastisch sind, diese abzukanten, wie dies in den Fig. 5 bis 7 angegeben ist. Der außenliegende Schweißsteg solcher Rohre vereinfacht deren Montage. Nach Fig. 3 teilt ein Steg das Rohr in zwei Kammern, so daß z.B. zwei verschiedene Medien, wie Abluft/Zuluft oder Heizluft mit unterschiedlichen Temperaturen gleichzeitig gefördert werden können. Diese Ausführungsform eignet sich auch für Wärmetauscher, vor allem, wenn als Steg eine gut wärmeleitende Metallfolie eingesetzt wird. Weiterhin lassen sich auch Rohre mit rechteckigem Querschnitt fertigen (Fig. 4). Bei diesen Rohren sollte das Fördermedium indes nur geringen Überdruck aufweisen, da sonst die biegeweichen Rohrwände stark ausbeulen. Dagegen können runde Rohre durchaus mit Überdruck beaufschlagt werden, sind aber gegenüber Unterdruck empfindlich, da die dünnen Wände nur vorwiegend Membranspannungen aufnehmen können. Die biegeweichen Wände der Rohre bieten aber den großen Vorteil der Deformierbarkeit, was gerade beim Verlegen bei beengten Raumverhältnissen wichtig ist.

Das Verschweißen der Halbzeuge zu Rohren kann mit den verschiedenen Ver­ fahren wie Ultraschall-, Wärmekontakt-, Wärmeimpuls- oder Strahlungs­ schweißen erfolgen; das aufwendigere Kleben empfiehlt sich nur dann, wenn Schweißverfahren z.B. aus räumlichen Gründen oder bei unverträglichen Materialien nicht einzusetzen sind. Das Verschweißen kann diskontinuier­ lich oder vorzugsweise kontinuierlich mittels Ultraschall-Rollnaht- oder Heizkeilschweißung durchgeführt werden.

Beim Ultraschallschweißverfahren werden Amplituden zwischen 25 und 60 µm angewendet, die Schweißzeiten liegen zwischen 0,1 und 1,0 s bei spezifischen Drücken zwischen 10 und 50 bar. Für die Wärmestrahlungs­ schweißung sind Heizkeiltemperaturen von 400-500°C erforderlich. Für eine hohe Schweißgeschwindigkeit ist ein Abstand des Materials vom Heizkeil von weniger als 1 mm einzuhalten.

Auf diese Weise können Rohre mit einem Durchmesser von ca. 10 bis ca. 500 mm und mehr gefertigt werden. Je nach Durchmesser und Wanddicke beträgt das Rohrgewicht 5 bis 2000 g/m.

Zu verbinden sind diese Rohre nach Verfahren, wie sie z.B. beim Verbinden von Schläuchen eingesetzt werden. Dazu können Formkörper wie Krümmer, Abzweigungen, Reduzierstücke, Flansche u.a. aus wärmebeständigen Thermo­ plasten spritzgegossen werden oder Halbschalen aus Metallblechen oder faserverstärktem thermoplastischem Halbzeug geformt und durch Schweißen verbunden werden. Diese Formteile sind dann mit den Rohren durch Schweißen bzw. Kleben unlösbar oder lösbar mit Hilfe von Schlauchschellen zu ver­ binden. Ein direktes Anformen von Flanschen ist ebenfalls denkbar.

Weiterhin ist es möglich, die Rohre auf ein versteifendes Gerüst aufzu­ ziehen. Das Gerüst kann ein einteiliges Spritzgußteil z.B. für Fittings kleiner Nenndurchmesser sein. Bei größeren Querschnitten und komplexen Formen kann das Gerüst auch aus mehreren fest miteinander verbundenen Einzelteilen aufgebaut sein.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Halbzeuge nach ihrer rohrartigen Verwölbung und gegebenenfalls nach Verschweißung der Halbzeug­ ränder mit einer Isolierschicht versehen. Die Isolierschicht kann auch zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten Rohren vorgesehen werden (Fig. 8-10). Dazu wird zunächst ein inneres Rohr gefertigt, darum eine Schaumstoffschicht gelegt und diese dann mit einer zweiten Halbzeuglage auf das Kernrohr gespannt und durch Verschweißen fixiert. Ein solches Isolierrohr kann vorteilhaft als Luftleitung in Fahrzeugheizungen einge­ setzt werden und schwere, starre Luftkanäle ersetzen.

Als Schaummaterial werden nicht brennbare oder zumindest schwer entflamm­ bare Schäume auf Basis von Polyimid oder Melamin-Formaldehyd eingesetzt. Die Schaumstoffe werden zweckmäßig flexibel eingestellt, damit Plattenware zu entsprechenden Rohren verformt werden kann. Ihre Dicke richtet sich nach dem Rohrdurchmesser sowie nach den Anwendungsbedürfnissen, wie Isolier- und Versteifungswirkung, Platzbedarf etc. und beträgt zwischen 3 und 100 mm. Ein derartiges Rohr ist reversibel gut deformierbar und somit bei der Montage örtlichen Verhältnissen leicht anzupassen.

Beispiel 1

Ein bandförmiges Halbzeug aus einem Glasgewebe von 450 g/m², das mit ca. 35 Gew.-% Polyethersulfon getränkt ist, wird endlos einer Anlage zuge­ führt, die daraus kontinuierlich ein Rohr fertigt. Dabei wird das 640 mm breite Band um einen Dorn von 200 mm Durchmesser gelegt (Fig. 11), mit Rollen angedrückt und die überlappende Fläche von ca. 10 mm Breite durch Aufheizen mit einem Heizkeil mit einer Temperatur von 480°C unter An­ drücken an eine gekühlte Walze verschweißt. Das Rohr hat eine Wanddicke von 0,4 mm und wiegt 410 g/m.

In einem zweiten Arbeitsgang werden 2-m-Stücke dieses Rohres diskonti­ nuierlich mit einem 10 mm dicken Melaminharzschaum mit einem Raumgewicht von 12 g/l umwickelt und mit einer zweiten Schicht aus glasgewebever­ stärktem Polyethersulfon fixiert, indem diese 725 mm breite Bahn um das Rohr vorgespannt und anschließend zu einem 15 mm breiten Steg verschweißt wird. Das Gesamtgewicht des isolierten Rohres beträgt 1170 g/m.

Beispiel 2

Zur Herstellung eines zweikanaligen Rohres für Zu- und Abluft werden zwei Bänder von 366 mm Breite aus glasgewebeverstärktem Polysulfon mit einem Gesamtflächengewicht von 560 g/m² und ca. 70% Glasgehalt beidseitig in 15 mm Breite um 90° abgekantet und mit einem 180 mm breiten Mittelstreifen in der in den Fig. 12 und 13 gezeigten Weise verschweißt. Für diesen Verbindungsvorgang wird ein kontinuierlich arbeitendes Ultraschall- Schweißverfahren eingesetzt, bei dem alle 3 Schichten durch ein Transport­ rad unter einer Sonotrode mit einer Geschwindigkeit von 1,2 m/min hin­ durchgeführt wird. Bei einer Wanddicke von 0,3 mm wiegt dieses Rohr von 150 mm Durchmesser 575 g/m.

Claims (6)

1. Verwendung flexibler Halbzeuge aus faserverstärkten Kunststoffen zur Herstellung von Rohren für die Be- und Entlüftung von Fahrgastzellen, wobei die aus wenigstens einem mit einem aromatischen Polyether oder Polythioether getränkten oder laminierten textilen Flächengebilde bestehenden Halbzeuge rohrartig verwölbt und die Ränder des bzw. der Halbzeuge(s) überlappend oder nach ihrer Abkantung miteinander verschweißt werden.

2. Halbzeuge für die Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die textilen Flächengebilde aus faserigen Substanzen in Form von Geweben, Matten, Vliesen oder Gelegen mit Flächengewichten von etwa 15 bis etwa 1000 g/m² bestehen.

3. Halbzeuge für die Verwendung nach Anspruch 1 oder Halbzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach ihrer rohrartigen Verwölbung auf ein Gerüst aufgezogen werden.

4. Halbzeuge für die Verwendung nach Anspruch 1 oder Halbzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach ihrer rohrartigen Verwölbung mit einer Isolierschicht versehen werden.

5. Halbzeuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier­ schicht aus einem offenzelligen Melamin-Formaldehyd-Schaum besteht.

6. Halbzeuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier­ schicht aus einem flexiblen Polyimidschaum besteht.