DE102009008304A1

DE102009008304A1 - Heatable pipeline for use in e.g. board toilet of cargo plane, is made of fiber composite material containing carbon fibers and glass fibers in fiber structure, where carbon fibers serve as heating elements for heating pipeline

Info

Publication number: DE102009008304A1
Application number: DE102009008304A
Authority: DE
Inventors: Tobias Aßfalg; Christian Pausinger
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-04-29

Abstract

The pipeline is made of fiber composite material containing carbon fibers (10-13) i.e. short-fibered sewing threads, and glass fibers (5) in a fiber structure. The carbon fibers serve as heating elements for heating the pipeline. The carbon fibers spirally extend along a pipe axis and aligned parallel to the pipe axis. The carbon fibers extend with uniform angle of 55 degree, where a required number of the carbon fibers is based on a type of the carbon fibers. The carbon fibers are connected with a voltage source.

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizbare Rohrleitung.The The invention relates to a heatable pipeline.

Für Rohrleitungen in modernen Großraumflugzeugen (z. B. Airbus A380, Boeing 747) ist aufgrund niedriger Temperaturen in großen Flughöhen eine Beheizung notwendig. Zu diesem Zweck wird entlang der Rohrleitung, die insbesondere aus Stahl oder Titan besteht, eine äußere Heizung in Form einer elektrischen Heizleitung aufgebracht. Nachteilig dabei sind insbesondere die aufwändige Verlegung der Heizleitung sowie deren Gewicht.For Pipelines in modern wide-body aircraft (eg Airbus A380, Boeing 747) is due to low temperatures in large Altitudes require heating. For this purpose is along the pipeline, which consists in particular of steel or titanium, an external heater in the form of an electric Heating cable applied. The disadvantages are in particular the time-consuming laying of the heating cable and its weight.

Aus der DE 10 2006 058 198 A1 ist ein beheizbares Formwerkzeug in Kunststoffbauweise für die Herstellung von Faserverbundbauteilen bekannt. Das Formwerkzeug weist eine Faserstruktur auf, in die Heizelemente in Form von Kohlenstofffasern eingebracht sind.From the DE 10 2006 058 198 A1 is a heated plastic molding tool known for the production of fiber composite components. The molding tool has a fiber structure into which heating elements in the form of carbon fibers are introduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine beheizbare Rohrleitung zu schaffen, die im Vergleich zu den bekannten heizbaren Rohrleitungen gewichtsreduziert ist sowie einen geringeren Aufwand zu ihrer Herstellung erfordert.task The invention is to provide a heated pipe, the weight-reduced compared to the known heatable piping is and requires less effort to produce them.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.These The object is achieved with the subject of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.

Erfindungsgemäß besteht die beheizbare Rohrleitung aus einem Kohlenstofffasern enthaltenden Faserverbundwerkstoff. Die Kohlenstofffasern innerhalb der Faserstruktur dienen zusätzlich zu Ihrer Funktion als Strukturelemente auch als Heizele mente für die Beheizung der Rohrleitung. Dies ist möglich, da Kohlenstofffasern (anders als z. B. Glasfasern oder Aramidfasern) elektrisch leitend sind. Die Heizungselemente sind somit unmittelbar in die Struktur der Rohrleitung integriert.According to the invention the heatable pipeline of a carbon fiber containing Fiber composite material. The carbon fibers within the fiber structure serve as structural elements in addition to their function also as heating elements for heating the pipeline. This is possible because carbon fibers (unlike e.g. Glass fibers or aramid fibers) are electrically conductive. The heating elements are thus integrated directly into the structure of the pipeline.

Es ergibt sich somit eine beträchtliche Gewichtsoptimierung, und zwar einerseits durch die Verwendung von leichtem, aber hochfesten Faserverbundmaterial für die Rohrleitung, andererseits dadurch, dass ein separates, d. h. externes Heizelement nicht benötigt wird.It This results in a considerable weight optimization, on the one hand through the use of lightweight, but high-strength Fiber composite material for the pipeline, on the other hand in that a separate, d. H. external heating element not needed becomes.

Die erfindungsgemäße Rohrleitung kann darüber hinaus wesentlich einfacher und kosteneffektiver hergestellt werden, da zusätzliche Arbeitsschritte für die Anbringung des äußeren Heizelements nicht notwendig sind. Die Einbringung des Heizelements erfolgt vielmehr im Rahmen der Herstellung des Faserverbundwerkstoffs selbst, wobei hierbei auf etablierte, automatisierte Herstellungsmethoden der Kunststofftechnik, wie z. B. Flechten oder Wickeln, zurückgegriffen werden kann. Die Herstellung erfolgt somit weitgehend automatisiert und mit hoher Produktivität. Aufgrund der Anforderungen an die Variabilität in der Bauteilgestaltung eignet sich die 3D-Flechttechnik besonders, da dort mit Unterstützung eines Roboterarms die Herstellung von geraden und gekrümmten Rohrabschnitten durchführbar ist.The inventive pipe can about it be made much easier and more cost-effective, because additional work steps for the attachment the outer heating element are not necessary. The introduction of the heating element is rather in the context of Production of the fiber composite itself, in this case on established, automated production methods of plastics technology, such as B. braiding or winding, are used can. The production is thus largely automated and with high productivity. Due to the requirements of the variability in the component design is the 3D braiding technique especially, there with the support of a robotic arm the production of straight and curved pipe sections is feasible.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Rohrleitung sind eine gleichmäßige Beheizung der Rohre sowie ein sehr guter Wärmeübergang zu dem zu beheizenden Medium.Further Advantages of the pipe according to the invention are a uniform heating of the pipes as well very good heat transfer to the heated Medium.

Die Erfindung wird anhand konkreter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention is based on specific embodiments below Reference to figures explained in more detail. Show it:

1 die Position der Kohlenstofffasern als zweitinnerste Faserlage innerhalb einer erfindungsgemäßen Rohrleitung; 1 the position of the carbon fibers as the second innermost fiber layer within a pipeline according to the invention;

2 den Lagenaufbau einer erfindungsgemäßen Rohrleitung (Schnittdarstellung); 2 the layer structure of a pipeline according to the invention (sectional view);

3 zeigt in einer Schnittdarstellung die Position der für die Heizung verwendeten Kohlenstofffasern innerhalb der erfindungsgemäßen Rohrleitung. 3 shows in a sectional view the position of the carbon fibers used for the heating within the pipeline according to the invention.

1 zeigt die Position der als Heizelement dienenden Kohlenstofffasern 10–13 als zweitinnerste Faserlage einer erfindungsgemäßen Rohrleitung aus einem Faserverbundwerkstoff. Die innerste Lage wird in der gezeigten Ausführung von Glasfasern 5 gebildet, welche hier schematisch als homogene Schicht dargestellt ist. Auf dieser innersten Lage aus Glasfasern sind die Kohlenstofffasern 10–13 zur Beheizung der Rohrleitung 1 (3) aufgebracht – in der gezeigten Ausführung sind genau vier solche Kohlenstofffasern 10–13 vorhanden. 1 shows the position of serving as a heating element carbon fibers 10 - 13 as the second-innermost fiber layer of a pipeline according to the invention made of a fiber composite material. The innermost layer is in the embodiment shown of glass fibers 5 formed, which is shown here schematically as a homogeneous layer. On this innermost layer of glass fibers are the carbon fibers 10 - 13 for heating the pipeline 1 ( 3 ) - in the embodiment shown are exactly four such carbon fibers 10 - 13 available.

Insgesamt besteht die gezeigte, beispielhafte Rohrleitung 1 aus vier Faserlagen (der Lagenaufbau kann je nach Anwendung unterschiedlich gewählt werden), von denen drei aus Glasfasern aufgebaut sind. Der Faseraufbau ist in 2 dargestellt, aus der die vier einzelnen Lagen zu erkennen sind. Die Kohlenstofffasern 10–13 laufen mit dem gleichen 55°-Winkel wie die Glasfasern der anderen Lagen des Faserverbundwerkstoffs. Es ergibt sich somit ein spiralförmiger Verlauf der Kohlenstofffasern 10–13 entlang der Rohrleitung. In einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführung, können die Kohlenstofffasern, z. B. auch parallel zur Rohrachse ausgerichtet sein.Overall, there is the exemplary pipeline shown 1 from four fiber layers (the layer structure can be chosen differently depending on the application), of which three are made of glass fibers. The fiber construction is in 2 shown, from which the four individual layers are visible. The carbon fibers 10 - 13 run at the same 55 ° angle as the glass fibers of the other layers of the fiber composite. This results in a spiral shape of the carbon fibers 10 - 13 along the pipeline. In another embodiment, not shown here, the carbon fibers, for. B. also be aligned parallel to the tube axis.

Der Vorteil einer spiralförmigen Anordnung besteht darin, dass eine einzelne Faser aufgrund ihrer erhöhten Gesamtlänge mehr Wärme in die Rohrleitung abgeben kann. Ein weiterer Vorteil ist die dadurch erreichte gleichmäßige Beheizung mit einer geringen Anzahl von Kohlenstofffasern. Dadurch kann die Effektivität weiter erhöht werden.The advantage of a spiral arrangement is that a single fiber can deliver more heat into the tubing because of its increased overall length. Another advantage is the thus achieved uniform heating with a low number of carbon fibers. This can further increase the effectiveness.

Die Tatsache, dass die Kohlenstofffasern 10–13 in der zweitinnersten Lage des Lagenaufbaus eingeflochten sind, hat den Vorteil, dass ein sehr hoher Anteil der Wärmeenergie an das Medium im Innern der Rohrleitung abgegeben werden kann.The fact that the carbon fibers 10 - 13 woven in the second innermost ply of the ply structure, has the advantage that a very high proportion of the heat energy can be delivered to the medium inside the pipeline.

Wie bereits erwähnt, sind in der Ausführung nach 1 beispielhaft genau vier Kohlenstofffasern 10–13 für die Beheizung vorgesehen. Die Anzahl der benötigten Fasern kann in der konkreten Anwendung abhängig von dem eingesetzten Typ von Kohlenstofffaser, des Lagenaufbaus, der Wandstärke und des Wärmeverlusts gewählt werden.As already mentioned, are in the execution after 1 exemplarily exactly four carbon fibers 10 - 13 intended for heating. The number of fibers needed may be selected in the particular application depending on the type of carbon fiber used, the layer construction, the wall thickness and the heat loss.

Anders als in der beschriebenen Ausführung kann die Faserstruktur der Rohrleitung auch ausschließlich aus Kohlenstofffasern bestehen.Different as in the described embodiment, the fiber structure the pipeline also exclusively of carbon fibers consist.

Als Fasern können insbesondere Rovings oder Nähgarn verwendet werden. Für die Beheizung sind insbesondere kurzfaserige Nähgarne vorteilhaft, da sie eine homogenere Stromleitung ermöglichen und widerstandsfähiger sind.When Fibers can in particular rovings or sewing thread be used. For the heating are in particular kurzfaserige Sewing threads are advantageous because they provide a more homogeneous power line enable and are more resilient.

Die für die Heizung eingesetzten Kohlenstofffasern werden mit einer Spannungsquelle verbunden. Bei einer Anwendung in einem Flugzeug erfolgt eine elektrische Verbindung mit dessen Bordnetz. Der Anschluss kann z. B. dadurch realisiert werden, in dem eine Ringnut in das Rohr gefräst wird, wodurch die leitenden Fasern freigelegt werden. Anschließend kann durch ein Anschlusselement Spannung auf die als Heizelemente dienenden Kohlenstofffasern gegeben werden. Eine alternative Möglichkeit des Anschlusses ist es, die Kohlenstofffasern aus der Rohrleitung heraustreten zu lassen und sie dann gemeinsam mit einem Quetschring zu verbinden. Dieser kann dann an dem Anschlusselement zum Bordnetz verbunden werden.The For the heating used carbon fibers are with connected to a voltage source. When used in an airplane An electrical connection is made with its electrical system. The connection can z. B. be realized in which an annular groove in the Tube is milled, exposing the conductive fibers become. Subsequently, by a connection element voltage be given to serving as heating elements carbon fibers. An alternative way of connecting it is the Carbon fibers emerge from the pipeline and then combine them together with a squeeze ring. This one can then be connected to the connection element to the electrical system.

Die erfindungsgemäße beheizbare Rohrleitung eignet sich insbesondere für geschlossene Wassersysteme in Transportflugzeugen, z. B. für Bordtoiletten, Frischwassersystem, Grauwassersystem.The Heated pipe according to the invention is suitable especially for closed water systems in transport aircraft, z. B. for on-board toilets, fresh water system, greywater system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006058198 A1 [0003]

Claims

Heated pipe ( 1 ), characterized in that it consists of a fiber composite material in its fiber structure carbon fibers ( 10 - 13 ), the carbon fibers ( 10 - 13 ) of the fiber structure as heating elements for heating the pipeline ( 1 ) serve.

Heated pipe ( 1 ) according to claim 1, characterized in that serving as heating elements carbon fibers ( 10 - 13 ) spiral along the tube axis.

Heated pipe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon fibers serving as heating elements ( 10 - 13 ) have been introduced into the fiber structure during the manufacture of the fiber composite material by a braiding or winding process.

Heated pipe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite material contains exclusively carbon fibers.

Heated pipe ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fiber composite material in addition to the carbon fibers and glass fibers ( 5 ) contains.

Heated pipe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon fibers serving as heating elements ( 10 - 13 ) in the form of short fiber yarns.