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.