DE1425502A1

DE1425502A1 - Rotations- und Prismenhohlkoerper aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit und Kombinationskonstruktionen daraus

Info

Publication number: DE1425502A1
Application number: DE19631425502
Authority: DE
Inventors: Gollnow Dr-Ing Johannes Dieter; Moser Dipl-Ing Dr Kurt
Original assignee: INTERCONTINENTALE TECHNIK GES
Current assignee: INTERCONTINENTALE TECHNIK GES
Priority date: 1963-02-06
Filing date: 1963-02-06
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1425502B2; GB1060563A; DE1425502C3; CH440870A

Description

betreffend:

"Rotations- und Prismenhohlkörper aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit und Eombinationskonstruktionen daraus"

Nichtmetallische Fasern sind bekannt. Diese Fasern haben geringe Festigkeiten, eignen sich demnach für bestimmte hochbeanspruchte Konstruktionen entweder überhaupt nicht, oder aber ihre Anwendung ist aus wirtschaftlichen Gründen untragbar. Ferner sei beispielsweise vermerkt, daß eine gebräuchliche nichtmetallische Faser, wie Glasfasern, unter Einwirkung der Atmosphäre zerfallen kann, also oft nicht die erforderliche Beständigkeit hat.

Metallische Konstruktionen aus homogenem Material können nur in beschränkter Größe und Mächtigkeit gefertigt werden. Insbesondere gilt dies für hochfeste Metallu.

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BAO ORIGINAL

— C. —

Die Erfindung macht die Anwendung von metallischen Konstruktionselement en hoher und höchster Festigkeit und damit niedriger Gewichte auch für großflächige Konstruktionen möglich. Insbesondere gelingt die wirtschaftliche Ausbildung von Rotations- oder Prismenhohlkörpern (Fig. 1) und Kombinationskonstruktionen daraus beliebiger LängserStreckung, da die Möglichkeit einer vollmechanischen Herstellung auch an Ort und Stelle gegeben ist. Die außerordentliche Wirtschaftlichkeit ergibt sich ferner daraus, daß die Grundwerkstoffe - Faser (1) und Verbinder (2) - auf kleinstem Raum verpackt werden können, womit die verfügbaren Transportmittel voll ausgelastet sind und keine unnötigen Leerfrachtkosten entstehen. Die kostspieligen Verbindungen an Ort und Stelle und die hierfür notwendigen, besonders strengen Prüfungen können entfallen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anwendung der genannten Grundelemente ist u.a. dadurch gegeben, daß die niedrigen Gesamtgewichte auch einen Luftversand ermöglichen.

Die Ausbildung von Rotations- und Prismenhohlkörpern (wie etwa Fig. 1, wobei die Querschnitte beispielsweise nach Fig. 2, 3» 4-j 5 ausgebildet werden können) aus elastischer Metallfaserverbundstruktur hoher Festigkeit gemäß der Erfindung ist hinsichtlich der Abmessungen der Wandungen (7) und Große des Radius (4) ausführungspraktisch beispielsweise stufenlos variierbar. Damit fallen konstruktiv bedingte Mehrgewichte zur Gänze weg. Besonders vorteilhaft wird die Anwendung von hochfesten Zylindern (Fig. 2), aus erfindungsgemäßer Faserverbundstruktur ausgebildet, bei Konstruktionsgliedern, die auf Druck beansprucht werden. Die wirtschaftliche Ausnützung gelingt dadurch, daß die beliebig dünn herstellbaren Wandungen ein optimal großes Verhältnis von Trägheitsradius zu Außendurchmesser gestatten. Damit kann eine besonders hohe zulässige Knickspannung erzielt werden.

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BAD ORIGiNAL

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Bedeutet	i	= Trägheitsradius
	D	= Außendurchmesser
	R	= Außenradius
	d	Innendurchmesser,
dann gilt	I₁
	D	4
oder wenn	i	_ 1
	R

gesetzt wird,

was bis zur üblichen ausführungspraktischen Genauigkeit bei Großkonstruktionen (1 bis 4 %) erfindungsgemäß erreicht wird.

Die Erfindung sieht vor, daß Rotations- oder Prismenhohlkörper (Fig. 1 bis 5) aus zwei oder mehreren gegeneinander verschränkten Lagen (beispielsweise a, b und c nach Fig. 8, die in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer Faserverbundstruktur zeigt) einzelner hochfester metallischer Fasern (1) gleicher oder unterschiedlicher Dicke gebildet werden, die mit warm- oder kalthärtenden bzw. -erstarrenden Verbindern (2) schubfest und kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Die Erfindung nützt dabei die Tatsache, daß Materialien besonders hoher Festigkeit nur faden- oder bandartig herstellbar sind. Durch die Vielzahl dieser hochfesten metallischen Elemente (1) ergibt sich zwangsläufig eine große Oberfläche, die auch den Einsatz weniger hochbeanspruchbarer Verbinder (2) möglich macht, wenn sie nur eine genügende Scherfestigkeit aufweisen. Einen besonderen wirtschaftlichen und

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technischen Vorteil bietet die Erfindung bei der Ausbildung von Verbindungen der Wandungen und Häute solcher Kombinatianskörper. Fig. 6 zeigt beispielsweise eine mögliche Ausbildung. Im Prinzip bedarf es nur einer entsprechenden Einbindelänge der metallischen Fasern hoher Festigkeit. Diese Verbinder stehen bereits zur Verfügung, beispielsweise solche aus Kunststoffen, die unter der Bezeichnung Metallkleber gebräuchlich sind. Diese bereits gebräuchlichen Verbinder erfordern beispielsweise lediglich eine Einbindelänge von etwa 2 bis J cm bei voller Ausnützung der bisher höchstmöglichen Beanspruchbarkeit metallischer Fasern hoher Festigkeit. Aber auch andere Verbinder (2) können sinngemäß angewandt werden. Speziell die bekannten, wie sie soeben erwähnt worden sind, haben eine nur geringe Abbindezeit, wenn entsprechende Wärme, meist genügt eine Temperatur bis 100⁰C vorübergehend zugeführt wird. Um die vorzugsweise vollmechanische Verarbeitung der hochfesten metallischen Fasern (1) mit den Verbindern zu ermöglichen, ist gemäß der Erfindung die zonale Erwärmung der gut leitenden Fasern (1) vorgesehen.

Die Erfindung ermöglicht auch die Herstellung standardisierter Teile, wie sie beispielsweise beim Gerüstbau oder bei Fachwerkkonstruktionen zur Anwendung kommen. Dabei werden diese Teile aus elastischer Faserverbundstruktur (1, 2) hoher Festigkeit unter normalem oder unter Überdruck mit festen Leichtstoffen (5) größter Volumenbeständigkeit ganz oder teilweise ausgefüllt (Fig. 4 oder 5)·

Unter Anwendung hydraulisch steuerbarer Schablone können beliebig geformte Rotations- oder Prismenhohlkörper (etwa Fig. 1) auf die oben geschilderte Art hergestellt werden. Verwendet man anstelle von stationären Schablonen innerhalb des Hohlkörpers verfahrbare, so gelingt die Herstellung von

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Rotations- oder Prismenhohlkörpern (Fig. 1) auch an Ort und Stelle. Dies wird dann besonders von Vorteil sein, wenn beispielsweise eine Druckleitung herzustellen ist. Bei der Herstellung solcher Druckleitungen entfallen somit neben den schon erwähnten Leerfrachten alle bisher erforderlichen kostspieligen Montagevorkehrungen. Ferner gelingt es, Betriebsdrücke zu bewältigen, die bei Druckleitungen von über 800 m Fallhöhe auftreten. Die Anordnung von Einbauten in Bolche Konstruktionen kann dadurch'erfolgen, daß vor und hinter dieser Einbaustelle die Wandung entsprechend vergrößert wird, um dadurch die Verformung an diesen Stellen entsprechend zu steuern. Die Einbauten selbst können wie bisher aus homogenem Metall oder auch aus Konstruktionsteilen bestehen, wie sie der Erfindung entsprechen. Die Ausbildung von Einbauten und anderen Hohlkörpern wird dabei vorzugsweise nur erfindungsgemäß auszuführen sein.

Zur Erzielung einer größeren Biegesteifigkeit der Hohlkörper empfiehlt sich die sinngemäße Anwendung der Sandwich-Bauweise (Fig. 2). Die Erfindung sieht dabei vor, daß die Herstellung solcher zweischaligen Hohlkörper (1, 2 bzw. 1¹, 2¹) wie die der einschaligen erfolgt. Es besteht auch die Möglichkeit, vorzugsweise als Zylinder ausgebildete Hohlkörper zu bündeln (Fig. 7), die zwischen diesen Zylindern entstehenden Hohlräume mit dem Verbinder oder Leichtstoffen (2 oder 5) auszufüllen und mit einer Einhüllung (8) gemäß der Erfindung zu versehen, die aus Fasern hoher und/oder auch geringer Festigkeit bestehen. Auf diese Art gelänge eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Führung kehradriger Pipelines (Fig. 7).

PATENTANSPRÜCHE :

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Claims

PAOiENTANSPEÜCHE :

1) Rotations- oder Prismenholilkörper aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einer Vielzahl metallischer hochfester Teilelemente kleiner oder kleinster (querschnitte bestehen, die mit einem nichtmetallischen Verbinder schubfest und kraftschlüssig zusammengefügt sind, wobei die Teilelemente lagenweise unterschiedliche Längsorientierungen aufweisen und wobei das Gewicht eines beliebigen Hohlkörperquerschnittes weniger als 1,2 millionstel der auf die Querschnittsfläche wirkenden Längskraft beträgt, welche eine bleibende Achsialverformung von 0,2 % verursacht.

2) Kombinationskonstruktionen unter Verwendung von standardisierten Rotations- und/oder Prismenhohlgliedern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nahtlose Rotationshohlkörper mit Kreisringquerschnitt dünner metallischer Faserstrukturwandung auch bei kleinen und/oder kleinsten Außendurchmessern einen doppelten quadratischen Trägheitshalbmesser aufweisen, der nahezu gleich dem quadratischen Außenradius ist und bei Schlankheiten unter 93 höhere Knickspannungen als die Fließspannung für Baustahl zuläßt.

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5) Kombinationskonstruktionen unter Verwendung von standardisierten Rotations- oder Prismenhohlgliedern nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Hohlquerschnitte unter normalem oder unter Überdruck mit festen Leichtstoffen größter Volumenbeständigkeit ganz oder teilweise ausgefüllt sind.

4) Kombinationskonstruktionen unter Verwendung von standardisierten Eotations- oder Prismenhohlgliedern nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlüsse und Knotenverbindungen ganz oder teilweise aus denselben Faserelementen und Verbin- λ dem gebildet werden, aus denen die einzelnen Rotations- und/oder Prismenhohlglieder bestehen.

5) Rotations- oder Prismenhohlkörper aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 3 und/oder 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Wandstärke der Hohlkörper entlang ihrer Körperlängsachse nahtlos konstant oder nahtlos kontinuierlich variabel oder nahtlos zonal begrenzt variabel ist.

6) Rotations- oder Prismenhohlkörper aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 3 und/oder 4· und/oder 5_? dadurch gekenn- ( zeichnet , daß innerhalb eines Querschnittes die Wanddicke nahtlos konstant oder nahtlos kontinuierlich variabel oder nahtlos zonal begrenzt variabel ist.

7) Rotations- oder Prismenhohlkörper aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit nach Anspruch 1 und/oder 4 und/oder 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Hohlkörper nahtlos rotationssymmetrisch oder -exzentrisch

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doppelschalig ausgeführt werden, wobei der Zwischenraum zwischen beiden Schalen ganz oder abschnittsweise durch leichte Schubmaterie ausgefüllt ist und/oder ganz oder zum Teil gekreuzte Spiralrippen gleicher oder variabler Ganghöhe aufnimmt.

8) Kombinationskonstruktionen unter Verwendung von standardisierten Rotations- oder Prismenhohlgliedern nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 3 und/oder 4 und/oder 5 und/oder 6 und/oder 7» dadurch gekennzeichnet , daß einzelne oder alle Bauglieder kreisförmigen oder vieleckigen Querschnitt haben.

9) Herstellung von nahtlosen Rotations- oder Prismenhohlkörpern nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 3 und/oder M- und/oder 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet daß eine Vielzahl hochfester metallischer Fadenelemente kleinen oder kleinsten Querschnitts mittels Faserlagen wickelnden Apparates in zueinander verschränkten Lagen mit einem Verbinder gemeinsam mit oder ohne Vorspannung auf hydraulisch steuerbare Schablone aufgebracht ist, wobei gleichzeitig eine zonal begrenzte Erwärmung des Fadenmaterials bis zu 10O⁰C vorübergehend herbeigeführt wird.

10) Herstellung von nahtlosen Rotations- oder Prismenhohlkörpern aus Faserverbundstruktur hoher Festigkeit, welche im Freien, im gewachsenen oder angeschütteten Boden oder im Wasser oder über Brücken verlegt werden mit größeren Durchmessern, teilweise oder ganz mit Flüssigkeiten oder Gasen hoher und höchster Drücke gefüllt, nach Anspruch und/oder 3 und/oder 4- und/oder 5 und/oder 6 und/oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß das Wickeln der einzelnen metallischen Fadenelemente kleinen oder kleinsten

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C£uerschnittes unter gleichzeitiger Einbringung des Verbinders an Ort und Stelle maschinell vorgenommen wird, wobei die Form der Körperachse beliebig und die Länge dieser Körper begrenzt oder ausführungspraktisch unbegrenzt ist.

11) Herstellung von nahtlosen Rotations- oder Prismenhohlkörpern aus Faserverbundstruktur hoher Festigkeit, welche im Freien, im gewachsenen oder angeschütteten Boden oder im Wasser oder über Brücken verlegt werden mit größeren Durchmessern, teilweise oder ganz mit Flüssigkeiten oder Gasen hoher und höchster Drücke gefüllt, nach Anspruch 1 und/oder 3 und/oder 4 und/oder 5 und/oder und/oder 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem maschinellen Wickeln des Rotationsoder Prismenhohlkörpers unter gleichzeitiger Einbringung des Verbinders gleichzeitig Spiralverstärkungsrippen und/oder Spiralverstärkungswulste mit dem gleichen Verbinder und/oder ein Leichtstoffmantel ebenfalls durchlaufend oder unterbrochen aufgebracht werden.

12) Kombinationskonstruktionen aus Rotations- oder Prismenhohlkörpern aus elastischer Faserverbundstruktur hoher Festigkeit nach Anspruch 1 und/oder 3 und/oder 4- und/oder 5 und/oder 6 und/oder 7i dadurch gekennzeichnet , daß die nahtlosen Hohlkörper achssymmetrisch gebündelt sind, wobei die Hohlräume zwischen den Hohlkörpern durch Verbinder ganz oder zum Teil gefüllt sind und mit metallischer Faserverbundstruktur hoher und/oder geringer Festigkeit umhüllt sind.

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