DE4402984C2 - Verfahren zur Herstellung von Rohrleitungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von RohrleitungenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von Rohrleitungen mit räumlich gekrümmter
Geometrie und vorgegebenem Steifigkeitsverlauf.
Rohrleitungen in Leichtbauweise mit komplizierter räumlich
gekrümmter Geometrie und vorgegebenem entlang ihrer Länge
unterschiedlichen Steifigkeitsverhalten, werden insbesondere
zur Übertragung von Treibstoffen in der Luft- und Raumfahrt
benötigt, z. B. als Betankungssystem zur Zufuhr von
Brennstoffen, wie N₂O₄, MMH (Monomethylhydrazin) etc., wie
sie im Ariane-Raumfahrtsystem benötigt werden.
Derartige Rohrleitungen wurden bisher in Form kurzer
Rohrleitungsabschnitte mit einfachem geradlinigen Aufbau
entweder durch die übliche Wickeltechnik oder durch
Laminieren zweier Halbschalen in einer positiven Form
erzeugt, wobei die Halbschalen anschließend zu einem
Rohrleitungsabschnitt verbunden wurden und die verschiedenen
Rohrleitungsabschnitte mittels Verbindungsstücken zur
erforderlichen räumlich gekrümmten Geometrie und einem
vorgegebenen Steifigkeitsverlauf vereinigt wurden, wobei
Rohrabschnitte unterschiedlicher Dicke hergestellt werden
mußten.
Aus der DE-OS 22 39 015 ist ein Verfahren zur Herstellung von
mit thermoplastischem Kunststoff naht los ausgekleideten
Rohrbogen aus faserverstärkten Reaktionsharzen bekannt, bei dem
zuerst die nahtlose Rohrbogenauskleidung auf einer Presse
hergestellt und dabei gleichzeitig im thermoplastischen Bereich
in einen vorbestimmten Winkel gebracht wird. Die
Rohrbogenauskleidung wird dabei als Kern verwendet, der mit
einem Glasgewebe als mechanisch wirkende Verbindungsschicht
kaschiert wird, auf welche dann Glasgewebe oder dgl. mit einer
Wickelvorrichtung aufgebracht wird, wonach zwecks einwandfreier
Verbindung der Schichten Reaktionsharz in einer Form und unter
erhöhtem Druck aufgebracht wird. Statt dessen ist es auch
möglich, mit Reaktionsharz vorimprägnierte Glasgewebe mit einer
steuerbaren Wickelvorrichtung in axialer und radialer Richtung
gleichmäßig zu ummanteln und in einer Form mit Reaktionsharz
unter Überdruck derart zu behandeln, daß das Reaktionsharz in
das Glasgewebe eingedrückt wird oder aber nach der Ummantelung
die Schichten mit Reaktionsharz in einer Form mit Unterdruck zu
behandeln, so daß das Reaktionsharz in das Glasgewebe infolge
des Unterdruckes eingezogen wird.
Die DE 42 15 756 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von Hohlkörpern, wie z. B. Druckbehältern, Rohren und dgl.,
welche aus mindestens zwei Schichten aufgebaut sind, von denen
eine innere Schicht aus thermoplastischem Kunststoff und eine
äußere Schicht aus faserverstärktem Kunststoff besteht, wie sie
als Druckluftbehälter für Lkw-Bremsanlagen Verwendung finden.
Dabei werden Hybridgarne aus Verstärkungsfasern und
matrixbildende Thermoplastfasern auf einen Linearbehälter aus
thermoplastischem Kunststoff aufgewickelt, wonach der
Wickelkörper bei Temperaturen von 20 bis 50°C oberhalb der
Schmelztemperatur der Thermoplastfasern partiell
aufgeschmolzen, mit einer Kraft beaufschlagt und konsolidiert
wird. Der innere Hohlkörper kann dabei mit einem innen
wirkenden Druckmedium beaufschlagt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung von Rohrleitungen mit räumlich gekrümmter
Geometrie und vorgegebenem Steifigkeitsverlauf zu schaffen,
bei dem die Rohrleitung in ihrer Gesamtlänge mit vorgegebener
komplizierter räumlich gekrümmter Geometrie in einem
Arbeitsgang und geringem Aufwand herstellbar ist und zugleich
einen vorgegebenen Steifigkeitsverlauf aufweist, d. h. an
besonders beanspruchten Stellen eine höhere Wanddicke
aufweist, ohne daß Verbindungsstücke für die geradlinigen
Rohrabschnitte zur Erzielung der räumlich gekrümmten
Geometrie erforderlich sind.
Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag
weist das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte auf:
Herstellen eines den Innendurchmesser der Rohrleitung angepaßten Kernes aus einem niedrigschmelzenden Material;
Überführen des Kernes in die gewünschte Gestalt;
Aufschieben einer Hülle aus einem thermoplastischen Material auf den Kern;
Aufziehen eines elastischen schlauchförmigen Gewebestrumpfes aus Faserverbundstoff auf die Hülle mit einem Kraftaufwand, der zum Anliegen des Gewebestrumpfes auf der am Kern anliegenden Hülle führt;
Tränken des Gewebestrumpfes mit einem aushärtbaren Harz;
Aushärten des derart imprägnierten Gewebestrumpfes und Ausschmelzen des Kernes durch Erwärmen.
Herstellen eines den Innendurchmesser der Rohrleitung angepaßten Kernes aus einem niedrigschmelzenden Material;
Überführen des Kernes in die gewünschte Gestalt;
Aufschieben einer Hülle aus einem thermoplastischen Material auf den Kern;
Aufziehen eines elastischen schlauchförmigen Gewebestrumpfes aus Faserverbundstoff auf die Hülle mit einem Kraftaufwand, der zum Anliegen des Gewebestrumpfes auf der am Kern anliegenden Hülle führt;
Tränken des Gewebestrumpfes mit einem aushärtbaren Harz;
Aushärten des derart imprägnierten Gewebestrumpfes und Ausschmelzen des Kernes durch Erwärmen.
Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag
weist das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte auf:
Herstellen einer dem Außendurchmesser der Rohrleitung angepaßten Hohlform aus einem niedrigschmelzenden Material;
Überführen der Hohlform in die gewünschte Gestalt;
Einziehen eines elastischen schlauchförmigen Gewebestrumpfes aus Faserverbundwerkstoff in die Hohlform;
Einschieben einer Hülle aus einem thermoplastischen Material in den Gewebestrumpf;
Einschieben eines aufblasbaren mit einer Druckfluidquelle verbundenen Schlauches in die Hülle und Beaufschlagen des Schlauches mit dem Druckfluid mit einem Kraftaufwand, der zum Anliegen des Gewebestrumpfes an der Innenwand der Hohlform führt;
Tränken des Gewebestrumpfes mit einem aushärtbaren Harz;
Aushärten des derart imprägnierten Gewebestrumpfes und
Entfernen der Hohlform durch Erwärmen.
Herstellen einer dem Außendurchmesser der Rohrleitung angepaßten Hohlform aus einem niedrigschmelzenden Material;
Überführen der Hohlform in die gewünschte Gestalt;
Einziehen eines elastischen schlauchförmigen Gewebestrumpfes aus Faserverbundwerkstoff in die Hohlform;
Einschieben einer Hülle aus einem thermoplastischen Material in den Gewebestrumpf;
Einschieben eines aufblasbaren mit einer Druckfluidquelle verbundenen Schlauches in die Hülle und Beaufschlagen des Schlauches mit dem Druckfluid mit einem Kraftaufwand, der zum Anliegen des Gewebestrumpfes an der Innenwand der Hohlform führt;
Tränken des Gewebestrumpfes mit einem aushärtbaren Harz;
Aushärten des derart imprägnierten Gewebestrumpfes und
Entfernen der Hohlform durch Erwärmen.
Die erfindungsgemäßen Rohrleitungen sind ohne
Sonderfertigungsmittel in Leichtbauweise mit variablem
Durchmesser und/oder variablen Steifigkeiten schnell und
einfach herstellbar. Sie eignen sich insbesondere zum
Betanken von Raketen für die Raumfahrt, wobei sie eine
beliebige vorgegebene Geometrie aufweisen können und
keinerlei Verbindungsstücke zwischen ihren beiden
Endanschlüssen benötigen, um diese Geometrie zu erzielen. Mit
ihnen können sowohl flüssige als auch gasförmige Medien
übertragen werden; bereits bei der Herstellung an den beiden
Enden integrierte Verbindungsstücke in Form von Rohrfittingen
und Rohrmuffen, ermöglichen einen schnellen zeitsparenden
Anschluß an den Vorratsbehälter für den Treibstoff bzw. den
Aufnahmebehälter an der Rakete.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert; es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Rohrleitung während des
Herstellungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
und
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Rohrleitung während des
Herstellungsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Kern in Form eines Hohlrohrs aus
einem niedrigschmelzenden Material bezeichnet, das z. B. ein
Ferrometall ist und einen Schmelzpunkt in der Größenordnung
von 50°C aufweist. Der Kern 1 kann in beliebiger Länge und
als gerades Rohr (oder auch als Vollrund) hergestellt werden
anschließend mit den bekannten Biegeverfahren
beispielsweise auf einer CNC-Biegemaschine in die
entsprechende Form gebogen werden, die beliebig kompliziert
sein kann; die Gesamtlänge des Kerns 1 entspricht der
Gesamtlänge der erwünschten Rohrleitung. Der Kern 1 kann auch
in einer entsprechenden Form gemäß der gewünschten Geometrie
gegossen werden und verschieden dicke Abschnitte aufweisen.
Nachdem der Kern 1 in die gewünschte Form überführt worden
ist, wird auf ihn eine Hülle 2 aus einem thermoplastischen
schlauchförmigen Material aufgeschoben; diese Hülle 2 kann
entweder vor dem Biegen des Kerns 1 zusammen mit einer
Schutzfolie auf den Kern 1 aufgeschoben werden oder aber nach
dem Biegen als Schrumpfschlauch auf den Kern 1 aufgeschoben
werden. Die Armierung der Hülle 2 erfolgt mittels eines
schlauchförmigen Gewebestrumpfes 3, der aus einem elastischen
Faserverbundstoff, wie z. B. Glasfasern, Kohlefasern, Borfasern etc.
besteht und der auf die Hülle 2 mit einem Kraftaufwand
aufgezogen wird, der zum Anliegen des elastischen
schlauchartigen Gewebestrumpfes 3 auf die Außenwand der Hülle
2 führt.
Der Gewebestrumpf 3 kann vor dem Aufziehen auf die Hülle 2
mit einem Harz getränkt sein; vorteilhafterweise wird jedoch
der schlauchartige Gewebestrumpf 3 nach dem Aufziehen auf die
Hülle 2 mit dem bekannten Vakuum-Injektionsverfahren mit
einem Kunstharz getränkt, das später ausgehärtet wird.
Die an den beiden Enden der herzustellenden Rohrleitung
erforderlichen Fittinge, d. h. Verbindungsstücke, werden
bereits während des Herstellungsverfahrens fest mit der Hülle
2 und dem Gewebestrumpf 3 aus Faserverbundwerkstoff
verbunden.
Nach dem Tränken des Gewebestrumpfes 3 mit einem Harz erfolgt
dessen Aushärtung z. B. durch UV-Bestrahlung oder aber bei
Temperaturen, die unterhalb der Schmelztemperaturen des Kerns
1 liegen müssen; eine Entfernung des Kerns 1 erfolgt durch
dessen Ausschmelzen durch Wärmezufuhr auf eine Temperatur,
die höher als dessen Schmelztemperatur ist; nach dem
Ausschmelzen des Kernes 1 kann der elastische schlauchförmige
ausgehärtete Gewebestrumpf 3 noch getempert werden.
Um eine besonders glatte Innenfläche der Hülle 2 zu erzielen,
die mit dem zu transportierenden Brennstoff in Verbindung
steht, ist es vorteilhaft, vor dem Aufbringen der Hülle 2 auf
den Kern 1 letzteren mit einer Schrumpfschlauch-Schutzfolie
zu versehen, welche nach dem Ausschmelzen des Kerns wieder
entfernt wird, um so zu verhindern, daß Rückstände an der
Innenwand der Hülle 2 haften bleiben, die später zu
unerwünschten Turbulenzen im strömenden Fluid in der
Rohrleitung führen könnten.
Zur Erzielung des gewünschten Steifigkeitsverhaltens können
an vorgegebenen Stellen der herzustellenden Rohrleitung
lokale Verdickungen der Wandstärke durch ein- oder
mehrmaliges Umstülpen des schlauchförmigen Gewebestrumpfes 3
erzeugt werden oder aber auch dadurch, daß an vorgegebenen
Stellen der Rohrleitung ein oder mehrere Gewebestrumpf-
Abschnitte zusätzlich auf den bereits aufgezogenen
Gewebestrumpf 3 aufgeschoben werden und ebenfalls mit Harz
getränkt werden. Dadurch ist es möglich, eine Verdoppelung,
Verdreifachung, Vervierfachung etc. der Wandstärke des
Gewebestrumpfes 3 an ausgewählten Stellen und damit eine
Erhöhung des Steifigkeitsverhaltens der Rohrleitung an diesen
Stellen zu erzielen.
Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Querschnitt einer
erfindungsgemäßen Rohrleitung während des
Herstellungsverfahrens wird eine Hohlform 11 aus einem
niedrigschmelzenden Material, beispielsweise Ferrometall, mit
einem Schmelzpunkt von 50°C hergestellt, und zwar als
einteiliges Rohr, dessen Innendurchmesser dem
Außendurchmesser der herzustellenden Rohrleitung angepaßt ist
oder aber (wie es in der Zeichnung angedeutet ist) aus zwei
Halbschalen, die nach der getrennten Herstellung
zusammengefügt werden. Nachdem die Hohlform durch Biegen oder
bereits durch den Gußvorgang in die entsprechende gewünschte
Gestalt überführt worden ist, wird ein elastischer
schlauchförmiger Gewebestrumpf 13 aus Faserverbundstoff in
die Hohlform 11 eingezogen und anschließend eine Hülle 12 aus
einem thermoplastischen Material in den schlauchförmigen
Gewebestrumpf 13 eingeschoben. Ein nicht dargestellter
elastischer aufblasbarer Schlauch wird in die Hülle 12 aus
thermoplastischem Material eingeführt und mit einer
Druckfluidquelle verbunden. Auch hier wird der
schlauchförmige Gewebestrumpf 13 mit einem entsprechenden
Kunstharz getränkt, beispielsweise im Vakuum-
Injektionsverfahren oder aber auch vorimprägniert; nach dem
Aufblasen des in die Hülle 12 eingeführten Schlauches durch
Verbinden mit einer Druckfluidquelle liegt der Gewebestrumpf
13 an der Innenwand der Hohlform 11 an und die Hülle 12 an
der Innenwand des Gewebestrumpfes 13. Nach dem nun
erfolgenden Aushärten des Gewebestrumpfes 13 und Entfernen
der Hohlform 11 beispielsweise durch Ausschmelzen bzw. Lösen
der Verbindungen zwischen den beiden Halbschalen erhält man
die aus Hülle 12 und Armierung 13 bestehende Rohrleitung; um
auch hier ein vorgegebenes variables Steifigkeitsverhalten zu
erzielen, werden Gewebeverstärkungsbandagen oder
Strumpfstulpen analog (Fig. 1) hergestellt.
Bei der Rohrleitung, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
(Fig. 1) hergestellt wird, erzielt man eine glatte Innenwand
bei einer zugleich rauhen Außenwand; bei der Rohrleitung, die
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) hergestellt
wird, erzielt man sowohl eine glatte Außenwand als auch eine
glatte Innenwand, wobei auch hierbei zwischen dem
aufblasbaren Schlauch und der Hülle eine Schutzfolie während
des Herstellungsvorgangs eingeführt werden kann, die nach dem
Entfernen des aufblasbaren Schlauches ebenfalls entfernt
wird.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von Rohrleitungen mit räumlich
gekrümmter Geometrie und vorgegebenem
Steifigkeitsverlauf, gekennzeichnet durch die Kombination
folgender Verfahrensschritte:
- - Herstellen eines dem Innendurchmesser der Rohrleitung angepaßten Kernes aus einem niedrigschmelzenden Material;
- - Überführen des Kernes in die gewünschte Gestalt;
- - Aufschieben einer Hülle aus einem thermoplastischen Material auf den Kern;
- - Aufziehen eines elastischen schlauchförmigen Gewebestrumpfes aus Faserverbundstoff auf die Hülle mit einem Kraftaufwand, der zum Anliegen des Gewebestrumpfes auf der am Kern anliegenden Hülle führt;
- - Tränken des Gewebestrumpfes mit einem aushärtbaren Harz;
- - Aushärten des derart imprägnierten Gewebestrumpfes und
- - Ausschmelzen des Kernes durch Erwärmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als niedrigschmelzendes Material ein Ferrometall mit
einem Schmelzpunkt im Bereich von 40 bis 60°C verwendet
wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ferrometall in Form eines geraden
Rohres hergestellt wird, das mittels einer Biegemaschine
in die erwünschte Form überführt wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ferrometall in Gestalt der
endgültigen Rohrleitung durch Gießen in zwei Halbschalen
mit anschließendem Verbinden hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufschieben der Hülle
eine Schrumpfschlauch-Schutzfolie auf den Kern
aufgebracht wird, die nach dem Ausschmelzen des Kernes
entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle nach dem Biegen des
Kernes in Form eines eng anliegenden schrumpfbaren
Schlauches aufgeschoben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der schlauchförmige
Gewebestrumpf mittels des Vakuum-Injektions-Verfahrens
mit einem Kunstharz getränkt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an vorgegebenen Stellen der
Rohrleitung lokale Verdickungen der Wandstärke durch ein- oder
mehrfaches Umstülpen des schlauchförmigen
Gewebestrumpfes erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an vorgegebenen Stellen der
Rohrleitung lokale Verdickungen der Wandstärke durch
Aufschieben eines oder mehrerer Gewebestrumpf-Abschnitte
erzeugt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Rohrleitung
Verbindungsstücke vorgesehen werden, die sowohl mit der
Hülle als auch mit dem schlauchförmigen Gewebestrumpf
verbunden werden.
11. Verfahren zur Herstellung von Rohrleitungen mit räumlich
gekrümmter Geometrie und vorgegebenem
Steifigkeitsverlauf, gekennzeichnet durch die Kombination
folgender Verfahrensschritte:
- - Herstellen einer dem Außendurchmesser der Rohrleitung angepaßten Hohlform aus einem niedrigschmelzenden Material;
- - Überführen der Hohlform in die gewünschte Gestalt;
- - Einziehen eines elastischen schlauchförmigen Gewebestrumpfes aus Faserverbundstoff in die Hohlform;
- - Einschieben einer Hülle aus einem thermoplastischen Material in den Gewebestrumpf;
- - Tränken des Gewebestrumpfes mit einem aushärtbaren Harz;
- - Einschieben eines aufblasbaren mit einer Druckfluidquelle verbundenen Schlauchs in die Hülle und Beaufschlagen des Schlauchs mit dem Druckfluid mit einem Kraftaufwand, der zum Anliegen des Gewebestrumpfes an die Innenwand der Hohlform führt;
- - Aushärten des derart imprägnierten Gewebestrumpfes und
- - Entfernen der Hohlform durch Erwärmen.
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