Title:
Verwendung von faserverstärkten Kunststoffprofilen als Leitung
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffprofils (10), das Fasern (12) umfasst, welche in eine Kunststoffmatrix (14) eingebettet sind, als Strom- oder Datenleitung. embedded image




Inventors:
Renkl, Josef (85229, Markt Indersdorf, DE)
Application Number:
DE102017104455A
Publication Date:
09/06/2018
Filing Date:
03/03/2017
Assignee:
KraussMaffei Technologies GmbH, 80997 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102015119965A1N/A2017-05-18
DE69728450T2N/A2005-03-24
DE4020800A1N/A1992-01-02



Foreign References:
51835911993-02-02
Claims:
Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffprofils (10), das Fasern (12) umfasst, welche in eine Kunststoffmatrix (14) eingebettet sind, als Strom- oder Datenleitung.

Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Fasern (12) Glasfasern umfassen, und das faserverstärkte Kunststoffprofil (10) als Datenleitung für optische Nachrichtenübertragung verwendet wird.

Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern (12) Kohlefasern umfassen, und das faserverstärkte Kunststoffprofil (10) als Datenleitung für elektrische Nachrichtenübertragung verwendet wird.

Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern (12) Kohlefasern umfassen, und das faserverstärkte Kunststoffprofil (10) zum Stromtransport verwendet wird.

Verwendung nach Anspruch 4, wobei die Kohlefasern (12) für eine Verwendung des faserverstärkten Kunststoffprofils (10) als Stromübertragungsleitung, insbesondere Überlandleitung, ausgelegt sind.

Verwendung nach Anspruch 4, wobei die Kohlefasern (12) für eine Verwendung des faserverstärkten Kunststoffprofils (10) als Elektroheizung ausgelegt sind.

Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (12) im Wesentlichen parallel zu einer Längsmittelachse der Kunststoffmatrix (14) angeordnet sind, insbesondere zentral längs der Längsmittelachse.

Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fasern (12) im Wesentlichen gleichmäßig über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix (14) verteilt sind.

Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fasern (12) in im Wesentlichen konzentrischen Ringen über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix (14) verteilt sind.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffprofilen als Leitung, insbesondere als Strom- oder Datenleitung.

Faserverstärkte Kunststoffprofile in Form von langgestreckten Stäben werden als Bewehrung beim Bau eingesetzt. Solche faserverstärkten Kunststoffstäbe können in unterschiedlichen Längen durch Pultrusion hergestellt werden.

Pultrusion oder Strangziehen ist ein seit mehreren Jahrzehnten bekanntes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung endloser, faserverstärkter Kunststoffprofile mit gleichbleibendem Querschnitt. Hierbei werden Fasern, die zu Bündeln zusammengefasst sind, sogenannten Rovings, mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Matrixmaterial getränkt und anschließend in einem Aushärtewerkzeug zu einem faserverstärkten Kunststoffprofil ausgehärtet, meist durch eine Wärmebehandlung.

Bei den gängigsten Pultrusionsanlagen werden die Rovings mittels einer Zieheinheit, einem sogenannten Puller, über Umlenkrollen durch ein offenes Tränkebad gezogen, das mit flüssigem Matrixmaterial gefüllt ist.

Zur Erzielung eines größeren Durchsatzes sind seit wenigen Jahren jedoch auch Pultrusionsanlagen bekannt, bei denen die Rovings ohne Umlenkung durch eine Injektionsbox gezogen werden. Diese umfasst ein Gehäuse mit wenigstens einer Faserzuführöffnung zum Zuführen der Fasern an einem in Bewegungsrichtung der Fasern vorderen Ende des Gehäuses, sowie einen an dem Gehäuse vorgesehenen Injektionsanschluss zum Injizieren eines flüssigen Matrixmaterials in das Innere der Injektionsbox. Während die Fasern von der Zieheinheit durch die Injektionsbox gezogen werden, werden sie dort mit dem unter Druck stehenden flüssigen Matrixmaterial durchtränkt. Die durchtränkten Faserabschnitte verlassen die Injektionsbox durch eine Ausgabeöffnung an einem in Bewegungsrichtung der Fasern hinteren Ende des Gehäuses, um anschließend in ein Aushärtewerkzeug einzutreten, das üblicherweise eine oder mehrere Wärmekammern umfasst.

Bei den Fasern handelt es sich abhängig vom Verwendungszweck insbesondere um Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern. Als duroplastisches oder thermoplastisches Matrixmaterial kann bspw. Polyurethan oder Epoxidharz zum Einsatz kommen.

Bei der oben angesprochenen Verwendung derartiger faserverstärkter Kunststoffprofile als Bewehrungsstäbe beim Bau werden bspw. Glasfasern eingesetzt, die mit einem Vinylesterharz gebunden sind. Sie bieten im Vergleich zu herkömmlichen Bewehrungsstäben aus Stahl nicht nur den Vorteil eines deutlich geringeren Gewichts, sondern sie sind - im Gegensatz zu Stahl - auch korrosionsbeständig und können daher in chemisch aggressiven Umgebungen eingesetzt werden. Ferner sind Glasfasern - anders als Stahl - elektrisch nicht leitend und unmagnetisch, so dass entsprechende Bewehrungsstäbe für den Bau von Einhausungen und Fundamenten von Hochenergie-Anlagen geeignet sind, z. B. Schaltanlagen, Stahlhütten, Aluschmelzen, Umspannwerken etc.

Der bisherige Einsatz derartiger faserverstärkter Kunststoffprofile diente somit im Wesentlichen der Vermeidung von bestimmten nachteiligen chemischen oder physikalischen Eigenschaften, die sich bei entsprechenden Stäben aus Stahl finden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, weitere Einsatzgebiete derartiger faserverstärkter Kunststoffprofile vorzuschlagen, bei denen die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der Fasern und/oder des Matrixmaterials in positiver Weise genutzt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Verwendung eines faserverstärkten Kunststoffprofils, das Fasern umfasst, welche in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, als Strom- oder Datenleitung gelöst. Man nutzt somit die optischen, thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Fasern für technische Wirkungen, die sich mit herkömmlichen Bewehrungsstäben aus Stahl nicht erzielen lassen.

In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass die Fasern Glasfasern umfassen, und dass das faserverstärkte Kunststoffprofil als Datenleitung für optische Nachrichtenübertragung verwendet wird. Anders ausgedrückt enthalten die Bewehrungsstäbe im Inneren des Matrixmaterials Glasfaserkabel, so dass die Notwendigkeit, derartige optische Signalübertragungsleitungen in einem Gebäude separat vorzusehen, weitgehend entfällt.

Ergänzend oder alternativ können die Fasern Kohlefasern umfassen, und das faserverstärkte Kunststoffprofil kann als Datenleitung für elektrische Nachrichtenübertragung verwendet werden. In diesem Fall erübrigt sich weitgehend die Bereitstellung gesonderter elektrischer Signalübertragungsleitungen in einem Gebäude, bspw. Kupferkabel.

Wenn die Fasern Kohlefasern umfassen, kann das faserverstärkte Kunststoffprofil ergänzend oder alternativ zum Stromtransport verwendet werden.

In einer ersten Ausführungsvariante können die Kohlefasern, insbesondere ihr elektrischer Widerstand, hierbei für eine Verwendung des faserverstärkten Kunststoffprofils als Stromübertragungsleitung, insbesondere Überlandleitung, ausgelegt sein

Alternativ können die Kohlefasern, insbesondere ihr elektrischer Widerstand, für eine Verwendung des faserverstärkten Kunststoffprofils als Elektroheizung ausgelegt sein. Dies erlaubt insbesondere eine erfindungsgemäße Verwendung der Bewehrungsstäbe als elektrische Fußboden- und/oder Wandheizung in Gebäuden, ähnlich den kommerziell erhältlichen Carbon-Heizmatten, die allerdings meist in mobilen Anwendungen wie bspw beheizbarer Kleidung oder Fahrzeug- bzw. Bootsheizungen eingesetzt werden.

Je nach erfindungsgemäßer Verwendung können die Fasern im Wesentlichen parallel zu einer Längsmittelachse der Kunststoffmatrix angeordnet sein, insbesondere zentral längs der Längsmittelachse, oder die Fasern können im Wesentlichen gleichmäßig über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilt sein, oder die Fasern können in im Wesentlichen konzentrischen Ringen über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilt sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren als nicht einschränkende Beispiele erläutert werden. Hierin zeigt:

  • 1 eine Querschnittsansicht durch ein faserverstärktes Kunststoffprofil mit zentral entlang einer Längsmittelachse der Kunststoffmatrix angeordneten Fasern für eine erfindungsgemäße Verwendung als optische Nachrichtenübertragungsleitung;
  • 2 eine Querschnittsansicht durch ein faserverstärktes Kunststoffprofil mit gleichmäßig über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilten Fasern für eine erfindungsgemäße Verwendung als Elektroheizung; und
  • 3 eine Querschnittsansicht durch ein faserverstärktes Kunststoffprofil mit in im Wesentlichen konzentrischen Ringen über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilten Fasern für eine erfindungsgemäße Verwendung als Koaxialkabel.

1 zeigt eine Querschnittsansicht durch ein faserverstärktes Kunststoffprofil 10 für eine erfindungsgemäße Verwendung als optische Nachrichtenübertragungsleitung.

Das faserverstärkte Kunststoffprofil 10 umfasst eine Kunststoffmatrix 14, in die ein Roving, d.h. ein Bündel von Glasfasern 12 eingebettet ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform verlaufen die Glasfasern 12 im Wesentlichen zentral entlang einer Längsmittelachse der Kunststoffmatrix 14. Eine solche zentrale Anordnung der Fasern 12 lässt sich bei Herstellung sowohl durch Pultrusion als auch bei Verwendung eines Tränkebads problemlos erreichen. Eine dezentrale Einbettung der Glasfasern 12 in die Kunststoffmatrix 14 parallel zur Längsmittelachse des Kunststoffprofils 10 ist jedoch ebenfalls möglich. Das dargestellte faserverstärkte Kunststoffprofil 10 erlaubt aufgrund der lichtleitenden Eigenschaften der Glasfasern 12 eine erfindungsgemäße Verwendung als Datenleitung für optische Nachrichtenübertragung.

2 zeigt eine Querschnittsansicht durch ein anderes faserverstärktes Kunststoffprofil 10, bei dem Kohlefasern 12 gleichmäßig über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix 14 verteilt sind. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Kohlefasern 12 kann dieses faserverstärkte Kunststoffprofil 10 erfindungsgemäß als Elektroheizung verwendet werden, bspw. in Gebäuden.

Schließlich zeigt 3 eine Querschnittsansicht durch ein weiteres faserverstärktes Kunststoffprofil 10, bei dem Fasern 12 in Form von im Wesentlichen konzentrischen Ringen über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix 14 verteilt sind. Eine derartige Anordnung ist für eine erfindungsgemäße Verwendung als Koaxialkabel besonders vorteilhaft, wobei der zentrale Leiter auch - ähnlich dem Glasfaserroving von 1 - entlang der Längsmittelachse verlaufen kann.

In den 1 bis 3 ist die jeweilige Kunststoffmatrix 14 ebenso wie die Faserrovings 12 sowie das hieraus gebildete faserverstärkte Kunststoffprofil 10 jeweils mit dem üblichen kreisrunden Querschnitt dargestellt. Abweichende Geometrien sind jedoch ebenfalls herstellbar, insbesondere als faserverstärktes Kunststoffprofil 10 mit einem flachen, bandförmigen Querschnitt.