DE2422648A1

DE2422648A1 - Wandaufbau aus mehreren bestandteilen

Info

Publication number: DE2422648A1
Application number: DE2422648A
Authority: DE
Inventors: Agnar Gilbu
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1974-12-12
Also published as: NO146551C; DE2422648C2; FR2230486A1; NO741854L; US3871409A; DK150165B; IT1010468B; FI61827B; NL175663C; BR7402929A; BE813447A; GB1449569A; JPS5721463B2; JPS5016786A; DK150165C; NL175663B; CA986040A; FI129974A; SE407104B; FI61827C

Description

DB.-ΙΝβ. DIPL-INe. M. SC. DIP.-PHYS. DR. D.PL.-^HY». HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACK - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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8. Mal 1974

Owens-Corning Fiberglas Corporation Toledo, Ohio 43 659, USA

Wandaufbau aus mehreren Bestandteilen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wandaufbau aus mehreren Bestandteilen, vorzugsweise auf eine zylindrische Wandkonstruktion für unterirdische Installationen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandaufbaus.

Schon seit längerem ist man sich darüber klar, daß es wünschenswert erscheint, nichtmetallische unterirdische Vorrattanks, Leitungen und dergl. zu verwenden, um der Korrosion zu entgehen, die unausweichlich bei metallischen Leitungen, Röhren, Aufnahmebehälter und dergl. auftritt; zu diesem Zweck

ORIGINAL INSPECTED

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ist es besonders erwünscht, synthetische Kunstharze, beispielsweise Polyesterharze mit Glasfaserverstärkungen zu verwenden; solche Maßnahmen sind an sich auch schon bekannt.

Es sind mit Verstärkungen versehene Kunstharzleitungen entwickelt worden und auf dem Markt, es existieren jedoch Schwierigkeiten und Probleme beim Entwurf und der Herstellung solcher Leitungen, damit sie cen beträchtlichen Druckkräften widerstehen können, die gerade bei einer unterirdischen Anwendung solcher Leitungen erzeugt werden. Es sind auch schon verstärkte, aus Kunstharz bestehende Leitungen im Stand der Technik bekannt, die in ungleichförmiger Verteilung in einer Harzmatrix Füllmaterialien enthalten, solche bekannten Leitungen können beispielsweise den US-Patenten 3 406 724 und 3 604 entnommen werden. Es verbleibt jedoch das Bedürfnis nach einer Wandkonstruktion oder einem Wandaufbau, der relativ einfach ist und kostensparend hergestellt werden kann und geeignet ist, den wesentlichen Kräften zu widerstehen, die beim Aufbau und der Herstellung einer solchen Wandkonstruktion in Rechnung gezogen werden müssen, insbesondere Kräften, die während des Aushärtens des Kunstharzes auftreten sowie Kräften, die bei unterirdischer Anwendung unausweichlich auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wandaufbau zu schaffen, der trotz Einfachheit seiner Konstruktion und kostensparender Herstellung äußerst widerstandsfähig ist und insbesondere auch bei der Aushärtung während seiner Herstellung nicht schon Spannungen aufgrund des üblichen Schrumpfverhaltens des verwendeten Kunststoffes entwickelt, die sich später nachteilig bei der Anwendung auswirken und zu Spannungsrissen und dergl. führen oder später führen können.

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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Wandaufbau und besteht erfindungsgemäß darin, daß eine röhrenförmige, aus einer wärmehärtenden Harzmatrix bestehende Wand vorgesehen ist, in der Glasfasern und ein pulverförmiges Füllmittel verteilt sind und wobei die Glasfasern bestehen aus in Wirrlage angeordneten geschnitzelten Glasfasern und aus kontinuierlich aufgewickelten Glasfäden.

Die im folgenden beschriebene Vorrichtung zur Herstellung und Bildung einer solchen verbesserten Wandkonstruktion oder eines solchen Wandaufbaus und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann einen Dorn verwenden, der von einem kontinuierlichen Band gebildet ist, wie dies in den US-Patenten 3 464 879, 3 655 489 und 3 679 521 beschrieben ist. In diesen Patenten ist auf eine Vorrichtung näher eingegangen, mit welcher sich ein zylindrischer Tank oder eine Röhre auf einer Dornoberfläche aufbauen läßt, die aus engen, spiralförmig gewickelten und sich kontinuierlich vorwärtsschiebenden Bandstahlwindungen besteht, dabei liegen die Enden des Bandes aneinander an und bilden so eine glatte zylindrische Oberfläche aus. Das Band und damit der gesamte Formkörper schiebt sich kontinuierlich in einer Richtung vor, wenn das Band spiralenförmig durchläuft, es wird bei seinem Vorschub normalerweise von einer Trennschicht abgedeckt, die bevorzugt gebildet ist aus einer Kunststoffolie oder einem Band, welches breiter ist als die einzelnen Bandwindungen des Doms.

Der erfinderische Wandaufbau umfaßt eine ausgehärtete, aus wärmehärtendem Kunstharz bestehende Matrix mit willkürlich orientierten geschnitzelten Glasfasern und einem pulverförmigen

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Füllmittel, die in der Matrix suspendiert sind. Innerhalb der Kunstharzmatrix sind auch noch kontinuierliche gewickelte Glasfäden oder Glasfadenbündel suspendiert, die bevorzugt an den inneren und äußeren Oberflächenteilen der zylindrischen Wand konzentriert sind. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die geschnitzelten Glasfasern und das pulverförmige Füllmittel gleichmäßig über die Kunstharzraatrix verteilt; bei einem anderen Ausführungsbeispiel verändern pulverförmiges Füllmittel und Gläsfasern über die radiale Dickenerstreckung der Wand gesehen im umgekehrten Verhältnis ihre Anteile zueinander, wobei die Glasfaserkonzentration angrenzend an die innere und äußere Oberfläche der zylindrischen Wand größer und die Konzentration des pulverförmigen Füllmittels im mittleren Wandbereich größer ist. Die genauen Konzentrationen der Wandbestandteile hängen schließlich noch ab von dem besonderen Anwendungsfall des gebildeten Behälters oder der Leitung.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die wärmehärtende Kunstharzmatrix zwischen 30 bis 40 Gew.% der Wand, die geschnitzelten Glasfasern umfassen zwischen 10 bis 20 Gew.% und das pulverförmige Füllmittel, welches vorzugsweise Sand ist, umfaßt 20 bis 50 Gew.%. Die inneren und äußeren Teile der Wand machen zusammen etwa 40% der gesamten Wanddicke aus, wobei mindestens 60% der gewickelten Glasfäden in diesen konzentriert sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Gesamtgewicht der Glasfadenwindungen zwischen 5 bis 30 Gew.% der zylindrischen Wand.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wandaufbaus besteht im Aufbringen der wärmehärtenden

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Kunstharzmatrix im flüssigen Zustand auf die kontinuierlich sich drehende zylindrische Form, wie soeben schon erwähnt, im Verteilen der geschnitzelten Glasfasern,bevorzugt in willkürlicher Orientierung und des pulverförraigen Füllmittels in der Kunstharzmatrix, während die Form kontinuierlich einer Drehung unterworfen wird und im schraubenförmigen Aufwickeln der kontinuierlichen Glasfäden in die flüssige Kunstharzmatrix und im Erhitzen der so gebildeten zylindrischen Wand zur Aushärtung des wärmehärtenden Harzes. Diese sich ergebende zylindrische Wand ist in der Lage, den wesentlichen Kräften Stand zu halten,.die bei unterirdischer Installation in Rechnung gezogen werden müssen und vermeidet auch ein Reißen oder das Aufbauen von Spannungen, die während der Aushärtung des in Wärme härtenden Harzes auftreten.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen niedergelegt.

Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie Aufbau und Wirkungsweise von·.Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zylindrische

Wandkonstruktion in Richtung der Pfeile 1-1 der Fig. 2,

Fig. 2 eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 2.

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Der in Fig. 1 gezeigte und mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete verstärkte Kunstharzwandbereich umfaßt vier Komponenten/ nämlich eine wärmehärtende Harzmatrix, willkürlich verteilte und orientierte geschnitzelte Glasfasern, ein pulverförmiges

partikel-

oder artiges Füllmittel, beispielsweise Sand und kontinuierlich gewickelte Glasfäden. Der Harz kann irgendein geeigneter, wärmehärtender Harz sein, beispielsweise ein Polyester und Beschleuniger, Polyurethan oder ein Harz vom Typ A Bis-Phenol. Ein geeignetes Füllmittel kann für Sandstrahlgebläse oder zum Mauern benötigter Sand sein; er soll bevorzugt eine gleichförmige Partikelgröße, beispielsweise 16 bis 24 Sieve, d.h. eine Partikelgröße nach deutscher DIN-Norm zwischen No. 6 und 8 haben. Andere bekannte partikel-' förmige oder granulierte Füllmittel können ebenfalls verwendet werden. Die Glasfasern, darin eingeschlossen die geschnitzelten Fasern und Fäden können beliebige geeignete Glasfasern sein, die bevorzugt unter Gebrauchsbedingungen gegenüber Korrosionseinflüssen und sonstigen Schäden resistent sind, beispielsweise kann ein Ε-Glas verwendet werden, wie dies in dem US-Patent 2 334 931 beschrieben ist. Lediglich aus Gründen der Klarheit und der nachfolgenden Beschreibung ist der Wandbereich 20 des verstärkten Harzes in drei Teile oder Segmente unterteilt worden, einem äußeren Teil 22 angrenzend an den radialen Außenbereich der zylindrischen Wand, aus dem der gesamte Wandbereich ein Teil darstellt, einen zentralen Teil 24 und einem inneren Teil 26 angrenzend an die innere Oberfläche der Wand. Die inneren und äußeren Teile 26 und 22 bilden jeweils 20% der gesamten Wanddicke, während der zentrale Teil 24 etwa 60% bildet. Es versteht sich jedoch, daß die Wand oder der Wandabschnitt 20 nicht auf eine zylin-

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drische Wand oder Röhre beschränkt ist, mit Ausnahme während des Herstellungsvorganges. Bevorzugte Zusammensetzungen und Bestandteile der zusammengesetzten Wand 20 werden verständlicher, wenn zunächst die Vorrichtung und das Verfahren zu ihrer Herstellung nach den Fig. 2 und 3 beschrieben werden.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, bezieht sich das Bezugszeichen 30 allgemein auf eine freischwebend aufgehängte Lagerstruktur oder einen Dorn der "kontinuierlichen Bandart", wie dies etwa in den US-Patenten 3 464 879, 3 655 489 und 3 679 521 beschrieben ist. Diesen US-Patenten kann eine Vorrichtung zur Herstellung von Röhren oder Leitungen entnommen werden, wobei ein zylindrischer Dorn definiert oder gebildet ist von einem kontinuierlich laufenden Stahlband 32, welches auf einer inneren Struktur in der Weise gelagert ist, daß das Stahlband 32 sich kontinuierlich in einer schraubenförmigen Weise fortbewegt. Die Kanten oder Randbereiche aufeinanderfolgender Windungen oder Wicklungen des Stahlbandes stoßen einander an und bilden auf diese Weise eine kontinuierliche zylindrische schraubenförmig wandernde äußere Dornoberfläche.

Wie weiterhin diesen angezogenen Patenten entnommen werden kann, wandert das Stahlband 32 nach unten und links. Erreicht das Stahlband das Ende der Lageroberfläche, dann wird das Band axial zum zylindrischen Dorn 30 zurückgeführt, die Rückführposition des Bandes ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 34 versehen. Das rückgeführte Band wird dann einfach wieder radial von außen auf der Lagerstruktur aufgebracht, um dann wiederum aufeinanderfolgende Bereiche der peripheren Oberfläche des Domes zu bilden. Alle diese Maßnahmen und Elemente,

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nämlich die Lageroberflache, das Verfahren zum Vorschub und Befördern des Bandes und die Art, in welcher rückgeführte Bandbereiche aufgebracht und so positioniert werden, daß sie die sich bewegende Oberfläche des Domes bilden, sind ausführlich in den erwähnten US-Patenten beschrieben.

Wenn das Band 32 sich vorwärtsbewegt, wird es bevorzugt mit einer Trennschicht oder einem Trennmittel abgedeckt, welches nicht dargestellt ist und welches etwa aus einem Stoff mit der Bezeichnung "Mylar¹¹ oder einer ähnlichen,relativ inerten plastischen Folie besteht, diese ist in Form eines Bandes gehalten, das breiter ist als eine den Dorn bildenden Bandlagen 32. Die Trennschicht oder Trennfolie überlappt sich selbst und bildet eine flüssigkeitsdichte Abdeckung für den Dorn, stellt gleichzeitig auch die Trennfolie für die darauffolgende Abnahme des auf dem Dorn aufgebauten Artikels von der Dornoberfläche dar.

Wie weiter oben schon erwähnt, wird die kontinuierlich gebildete zylindrische Wand 20 auf dem Dorn 30 aus einer Kombination geschnitzelter Glasfasern, einem besonderen Füllmittel, Glasfäden und Kunstharz aufgebaut. Wie hier besonders der Darstellung der Fig. 3 entnommen werden kann, wird der Sand oder ein anderes pulverförmiges Füllmittel von oben aus einem oberhalb des Doms angeordneten Trichter 36 zugeführt, der eine nach unten gerichtete öffnung 38 aufweist. Die geschnitzelten Glasfasern laufen von einer geeigneten Haspeleinrichtung 39 zu einem Schnitzelwerk 40. Der wärmehärtende Kunstharz

einer und wenn erforderlich, der Beschleuniger, werden voniüblichen Kunstharzaufbring-, Berieselungs- oder Sprühvorrichtung 42

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aufgebracht, die eine Vielzahl nach unten gerichteter öffnungen aufweist, während die kontinuierlichen Glasfäden von einer Vielzahl von Haspeln oder Spulen 44 über einen Kamm 46 zugeführt werden. Der Kamm besteht aus einer Vielzahl von Zähnen 48, die, wie Fig. 2 zeigt, die Bündel 50 aus Glasfäden zu weiter unten noch genauer erläuterten Zwecken aufteilen. Der Trichter 36, das Schnitzelwerk 40 und die Harzberieselungsvorrichtung 42 sind bevorzugt winkelmäßig zueinander im Abstand gehalten, so daß sie, wie Fig. 3 zeigt, sich nicht direkt überlagern.

Wie weiter oben schon erwähnt ist, schiebt sich das Band 32 des Doms in einer schraubenförmigen Weise vor und die das Band überlagernde Wand 20 schiebt sich ebenfalls schraubenförmig vor, wie dies durch den Pfeil 54 in Fig. 3 angedeutet ist. Die Vorschubsrate der Wand 20 ist die gleiche wie die Vorschubsgeschwindigkeit des Bandes 32. Es versteht sich daher, daß die gleichzeitige und miteinander durchgeführte Zugabe von Harz 56, geschnitzelten Glasfasern 58, Sand 60 und Glasfäden 64 auf die Oberfläche des Dorns 30 bei einem sukzessiven Vorschieben der Dornoberfläche unterhalb der jeweiligen Vorrichtungen zu einem Aufbau aufeinanderfolgender sukzessiver Schichten von Hars, geschnitzelten Glasfasern, Sand und Glasfaden führt. Der Kunstharz imprägniert Glas und Sand und bettet Glas und Sand in einer Kunstharzmatrix ein. Die Anteile der Materialien können leicht variiert und wenn gewünscht, über die radiale Erstreckung der Wand 20 verändert werden. Die dargestellte Vorrichtung ist beispielsweise zur Bildung oder Herstellung zylindrischer Leitungen bis zu einem Durchmesser von etwa 2 1/2 m geeignet. Normalerweise beträgt die Wanddicke annähernd 1% des Leitungsdurchmessers. Zylin-

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drische Behälter, beispielsweise unterirdische Speichertanks können ebenfalls mit der dargestellten Apparatur hergestellt werden. Nach Vollendung der zylindrischen Wand durchläuft die Wand einen Ofen 66, um das Harz auszuhärten und die Struktur zu vollenden.

Im einzelnen besteht daher das erfindungsgemäße Verfahren darin, auf eine kontinuierlich rotierende zylindrische Form, die bei der dargestellten Vorrichtung aus dem Dorn 30 besteht, eine wärmehärtende Harzmatrix 56 im flüssigen Zustand aufzubringen. In der Harzmatrix werden geschnitzelte Glasfasern 58 mittels des Schnitzelwerks 40 in beliebiger, zufälliger Orientierung verteilt. Dem Schnitzelwerk 40 werden von einem Lieferwerk oder Gatter 39 eine Vielzahl von Glasfasersträngen zugeführt, über eine Öffnung 38 wird in der Harzmatrix vom Trichter 36 Sand oder ein anderes pulverförmiges Füllmittel verteilt. Das Verfahren umfaßt schließlich noch die schraubenförmige Aufwicklung kontinuierlicher Glasfasern 64 in die Matrix, die von Gattern 44 über den Kamm 46, wie weiter oben beschrieben, zugeführt werden.

Wie ebenfalls schon erwähnt, wird die Wandkonstruktion vorliegender Erfindung in aufeinanderfolgenden Schichten aufgebaut, wobei "die verstärkenden und Füllmaterialien über eine Anzahl schraubenförmiger Schichten,wie in Fig. 2 gezeigt, verteilt sind. Schließlich wird die Wandstruktur zur Aushärtung der Kunstharzmatrix in dem Ofen 66 erhitzt. Der Ofen kann ein üblicher Strahlungserhitzer sein und kann auch weniger als die gesamte Röhrenstruktur einschließen.

Im folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele bevorzugter

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Mischungen angegeben. Das wärmehärtende Harz bildet bevorzugt etwa 40 Gew.% der Wand, um sicherzustellen, daß Glasfasern und Sand ausreichend befeuchtet und getränkt werden. Ein Minimum von etwa 30 Gew.% für die Harzmatrix hat sich als geeignet herausgestellt. Die Konzentration des Harzes ist bevorzugt über die radiale Erstreckung der Wand im wesentlichen konstant gehalten. Es wird ein wärmehärtendes Harz bevorzugt, da wärmehärtende Harze nach dem Aushärten unter Wärmeeinfluß dimensionsmäßig stabil sind und auch keiner Korrosion unterworfen sind. Das Harz ist auch bevorzugt gegenüber Verschlechterung und Veränderung in einer unterirdischen Umgebung resistent. Ein Hauptproblem bei wärmehärtendem Harz ist die Schrumpfung, die während des Aushärtens auftritt. Der Harz bildet Thermospannungen aus, die zu Leerstellen und Rissen in der Wand führen, so daß die Struktur für unterirdische Installationen ungeeignet wird. Dieses Problem ist erfindungsgemäß durch eine einzigartige Kombination von Füllmaterialien und gewickelten Glasfäden gelöst worden.

Die Glasfäden werden in einem Schraubenwinkel aufgewickelt,der gleich ist dem schraubenförmigen Winkel der Dornbänder 32, wie dies weiter vorn schon mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben worden ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schichten aus kontinuierlichen Glasfäden in dem äußeren und dem inneren Wandteil 22 und 26 konzentriert. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt der Kamm 46 eine Vielzahl von Fäden oder genauer gesagt von Fadenbündeln 50. Dabei umfassen die Außenbereiche des Kamms eine größere Anzahl von Fäden oder Bündeln, um die Fäden in den äußeren und inneren Teil der Wand zu konzentrieren. Die in den äußeren 22 und inneren Teilen 26 der Wand schraubenförmig

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aufgewickelten kontinuierlichen Glasfäden befinden sich in einer

einer
Ringspannung oder nach innen gerichteten radialen Spannung und dienen zum Zusammenpressen der Wand, um so die Probleme des Harzschrumpfens zu reduzieren. Die kontinuierlichen Glasfäden in der Mitte oder im mittleren Teil 24 bilden einen "Rahmen", der die Füllmaterialien, insbesondere den Sand während des Wandaufbaus festhalten. Die Zwischenschichten kontinuierlicher Glasstränge bestehen aus schraubenförmig orientierten Vorgarnen oder sogen. Rovings oder Glasfaserbändern. Jeder Roving ist einer aus einer Vielzahl Seite an Seite in einem Band verlaufender Rovings und die Bänder werden in schraubenförmiger Form mit Abstand zwischen den jeweiligen Ringspulen oder Ringräumen gewickelt. Beim Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen den Ringspulen jeweils etwa 1 cm. Dieser Abstand ist mit Sand gefüllt und hält den Sand an der Wand fest. Darüber hinaus sind die Fäden mit Harz getränkt, um die Füllmaterialien festzuhalten.

Das pulverförmige Füllmittel, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Sand ist, erfüllt mindestens drei Funktionen. Der Sand bildet die Hauptmasse bzw. den Massenanteil der Wand; der Sand dient als Wärmeableitung und zur Wärmeverteilung während des Aushärtens und der Sand verbessert den Elastizitätsmodul der zylindrischen Struktur. An sich ist die Aufgabe von Sand, als Massenfüller oder Versteifer in Kunststoffen zu dienen, bekannt. Hier ist es die Kombination mit dem wärmehärtendem Harz, welches zu der wesentlich verbesserten Struktur führt. Der Sand verbessert dadurch den Elastizitätsmodul der zylindrischen Wand, daß die kontinuierlichen Glasfadenstränge, insbesondere im äußeren Wandteil 22 getrennt werden. Die

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Stränge sind durch den Sand und die zentralen Füllmaterialien zur Achse der zentralen Wand im Abstand gehalten, was einer Verbesserung des Elastizitätsmoduls entspricht. Schließlich wirkt der Sand als Wärmeableitvorrichtung während der Harzaushärtung. Das wärmehärtende Harz wird durch eine exotherme Reaktion gehärtet und der Sand absorbiert die Wärme der Reaktion, wodurch Schrumpfen und Rißbildung vermieden wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Wandstruktur zwischen 20 bis 50 Gew.% des Sandes oder eines äquivalenten pulverförmigen Füllmittels, wodurch die beschriebenen Vorteile gesichert sind. Der Sand selbst ist jedoch im wesentlichen nicht komprimierbar und daher umfaßt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Wandstruktur ein komprimierbares,thermisch stabiles Füllmaterial.

Die geschnitzelten Glasfasern sind thermisch stabil und innerhalb der Harzmatrix beliebig orientiert, d.h. etwa in Wirrlage angeordnet, um Kompression, Druck und Spannungen in jeder beliebigen Richtung zu absorbieren. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Mischung etwa 15 Gew.% geschnitzelter Glasfasern für die longitudinale Festigkeit bzw. die Festigkeit in Achsrichtung. Der gesamte Glasfasergehalt der Wand beträgt zwischen 20 bis 40 Gew.%, wobei mindestens 25% der gesamten Glasfasermischung aus den gewickelten Glasfasern besteht. Die bevorzugte Mischung umfaßt etwa 10 bis 20% geschnitzelte Glasfasern. Bei einem der dargestellten Ausführungsbeispiele ist die gesamte Glasmischung bevorzugt umgekehrt proportional zum Prozentanteil des Sandes wie weiter oben beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Mischung 3 bis 5 Gew.% geschnitzelte Glasfasern im zentralen Teil 24 der Wand, um in diesem zentralen Teil Thermospannungen zu ab-

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sorbieren. Wenn der wärmehärtende Harz aushärtet, dann ist der Harz in Spannung und setzt das Füllmaterial unter Druck. Die Glasfasern absorbieren dann die Spannungen und verhindern ein Reißen oder eine Rissbildung während des Härtens. Die geschnitzelten Glasfasern sind in der Lage, Druck und Spannungen in jeder beliebigen Ebene zu absorbieren, wie weiter oben schon erwähnt.

Die folgenden Beispiele umfassen Leitungskonstruktionen, die besonders geeignet sind für unterirdische Abflußröhren, die keinen inneren Druck haben. Niederdruckröhren, die für unterirdische Konstruktion geeignet sind und Hochdruckröhren. Die Unterschiede in der Wandkonstruktion hängen von dem be- . sonderen Anwendungsfall der Wand oder der Röhre ab, wobei es sich versteht, daß die erfindungsgemäße Wandstruktur auch für andere Anwendungsfälle, darin eingeschlossen unterirdische Speichertanks, besondere zylindrische Tanks und dergl. geeignet ist.

BEISPIEL 1 (ABFLUSSLEITUNGEN)

Die folgenden Mischungen sind besonders geeignet für Leitungen mit niedrigem oder keinem Druck und ähnliche Anwendungsfälle. Eine geeignete Mischung, beruhend auf Gewichtsprozenten für die folgenden Abflußröhrensysteme umfaßt etwa 5 Gew.% Glasfadenwicklungen, 15 Gew.% willkürlich orientierte geschnitzelte Glasfasern, 40 bis 50 Gew.% Sand und 30 bis 40 Gew.% Harz. Die angegebenen Wandteile beziehen sich auf den inneren Wandteil 26 angrenzend an den Innenraum der zylindrischen Röhrenkonstruktion, den zentralen Wandteil 24 und den äußeren Wandteil 22 angrenzend an die äußere Oberfläche der Röhre, wie dies schon mit Bezug auf Fig. 1 erläutert worden ist.

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A 40 627 m a - 149 8. Mai 1974	A	Windungen aus Glasfäden	geschnitzelte Glasfasern	2422648 - 15 -	Sand
Beispiel 1		50%	40%		10%
Wandteil		- -	20%	Harz	80%
Innen 20%	60%	50%	40%	20%	10%
Mittellage			•	60%
Außen 20%	B	40%	20%	20%	20%
Beispiel 1		20%	60%		60%
Innen 20%	60%	40%	20%	20%	20%
Mittellage			60%
Außen 20%			20%

BEISPIEl 2 (NIEDERDRUCKRÖHREN)

Das folgende Beispiel stellt eine geeignete Mischung für eine Niederdruckröhre dar und verfügt über weniger Glasfasern in
den inneren und äußeren Wandteilen wegen des größeren inneren Drucks der Röhre. Eine geeignete Gesamtmischung für die Konstruktion einer Niederdruckröhre nach diesem Beispiel umfaßt
15 Gew.% Fadenwicklungen, 15 Gew.% geschnitzelte Glasfäden
oder -fasern, bevorzugt willkürlich orientiert, 30 bis 40 Gew.% Sand und 30 bis 40 Gew.% wärmehärtendes Harz.

Beispiel 2

Wandteil	Windungen aus. Glasfäden	geschnitzelte Glasfasern	Harz	Sand
Innen 20%	40%	30% ·	20%	10%
Mittellage 60%	20%	40%	60%	80%
Außen 20%	40%	30%	20%	10%

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BEISPIEL 3 (HOCHDRUCKRÖHREN)

Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet für Konstruktionen von Hochdruckröhren und unterirdische Behälter, die hohe innere Drücke haben. Wiederum ist der Prozentsatz der Glasfasern in den inneren und äußeren Wandteilen reduziert aufgrund des größeren inneren Druckes, der äußere Spannungen und Drücke ausgleicht und nivelliert. Eine geeignete Gesamtmischung für Hochdruckröhrenkonstruktionen nach diesem Beispiel umfaßt 25 Gew.% gewickelte Glasfäden oder Glasfasern, 15 Gew.% geschnitzelte oder zerhackte Glasfasern, 20 bis 30 Gew.% Sand und 30 bis 40 Gew.% Harz. Das folgende Beispiel ist geeignet für eine Hochdruckröhrenkonstruktion.

Beispiel 3

Wandteil	Windungen aus Glasfäden	geschnitzelte Glasfasern	Harz	Sand
Innen 20%	30%	20%	20%	15%
Mittellage	60% 40%	60%	60%	70%
Außen 20%	30%	20%	20%	15%

Bei den in den Beispielen 1 A, 2 und 3 angegebenen Wandkonstruktionen verändert sich die Gesamtglasfaserkonzentration in den Wandbereichen 20, 24 und 26 in einer Weise, daß die Glasmischung sich umgekehrt proportional zu der Sandkonzentration verhält. Bei sämtlichen Beispielen sind die Anteile in Gewichtsprozenten der gesamten Wandstruktur angegeben. Die Gesamtglasmischung oder der Gesamtglasgehalt umfaßt die Glasfadenwindungen und die geschnitzelten Glasfasern. Die Glasfasern und der Sand variieren in diesen Ausführungsbeispielen, um aus den physikalischen Eigenschaften der Glasfasern und

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des Sandes für den speziellen Anwendungsfall Vorteile zu ziehen. Beispielsweise sind beim Ausführungsbeispiel 1 A sämtliche Glasfaserwicklungen und 80% der geschnitzelten Glasfasern in den inneren und äußeren Wandteilen 26 und 22 jeweils lokalisiert, bei 80 Gew.% des Sandes im zentralen Mittenbereich. Bei den Beispielen 2 und 3 ist die Konzentration der Glasfasern in den äußeren und inneren Wandteilen progressiv reduziert, aufgrund des größeren inneren Drucks.

Beim Beispiel 1 B ist die Konzentration geschnitzelter Glasfasern und Sand über die radiale Dicke der Röhre konstant, wobei lediglich die Wicklungen an den inneren und äußeren Oberflächen konzentriert sind. Daher ist bei sämtlichen angegebenen Beispielen der Harzgehalt über den Wandaufbau gesehen konstant, die Konzentration an Glasfaserwicklungen oder -windungen variiert aus den oben angegebenen Gründen. Beim Beispiel 3 sind 60% der Fadenwicklungen in dem inneren und äußeren Wandteil konzentriert.

Die erfindungsgemäße Wandstruktur ist leichtgewichtig, widerstandsfähig gegenüber Korrosions- und Schadenseinflüssen, relativ preiswert und insbesondere auch für unterirdische Anwendungsfälle xind Irrstallationen geeignet. Wie weiter oben schon festgestellt, unterwerfen unterirdische Installationen die Wandstruktur Schlägen, Stoßbelastungen und Druckbelastungen, die bei anderen Strukturen zu einem Versagen führen können. Darüber hinaus verwendet die erfindungsgemäße Wandstruktur, was sogar noch wichtiger ist, die physikalischen Eigenschaften der verstärkenden und der Füllmaterialien, um während der Herstellung der Struktur Fehler zu vermeiden, was bisher bei sehr vielen Röhrenstrukturen früherer Art übersehen worden ist.

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Die bevorzugte Struktur begrenzt das Gesamtgewicht, welches
an Glasfasern erforderlich ist, insbesondere der gewickelten Glasfasern, die bei einer solchen Wandstruktur eine der
teuersten Bestandteile darstellt. Es versteht sich, daß,wie weiter oben schon erwähnt, je nach dem besonderen Anwendungsfall die erfindungsgemäße Wandstruktur und auch das Herstellungsverfahren modifiziert werden kann.

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Claims

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Paten tansprüche

1. Wandaufbau aus mehreren Bestandteilen, vorzugsweise zylindrische Wandkonstruktion für unterirdische Installationen, dadurch gekennzeichnet, daß eine röhrenförmige, aus einer wärmehärtenden Harzmatrix bestehende Wand (20) vorgesehen ist, in der Glasfasern und ein pulverförmiges Füllmittel verteilt sind und wobei die Glasfasern bestehen aus in Wirrlage angeordneten geschnitzelten Glasfasern (58) und aus kontinuierlich aufgewickelten Glasfaden (64).

2. Wandaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich aufgewickelten Glasfäden, vorzugsweise Glasfädenbündel (50) im Bereich des inneren (26) und des äußeren Oberflächenteils (22) der Wand (20) konzentriert sind.

3. Wandaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmehärtende Harzmatrix (56) zwischen 30 bis 40 Gew.% der zylindrischen Wand ausmacht und die geschnitzelten Glasfasern (58) etwa 10 bis 20 Gew.% betragen.

4. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Füllmittel Sand (60) ist und Sand und geschnitzelte Glasfasern im wesentlichen gleichförmig in der Harzmatrix verteilt sind.

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5. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern etwa zwischen 15 bis 40 Gew.% der Wand (20) ausmachen und mindestens 25 Gew.% der Glasfasern als kontinuierliche Fäden und der Rest als gehackte Glasfasern vorgesehen sind.

6. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsprozentanteile des pulverförmigen Füllmittels und der Glasfasern sich im umgekehrten Verhältnis zueinander über die radiale Dicke der Wand ändern, wobei die Konzentration an Glasfasern angrenzend an die inneren und äußeren Oberflächen der Wand größer und die Konzentration des pulverförmigen Füllmittels im zentralen Teil (24) der Wand (20) am größten ist.

7. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des das pulverförmige Füllmittel bildende Sand (60) zwischen 20 bis 50 Gew.% beträgt.

8. Wandaufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bestandteile vorgesehen sind: 30 bis 40 Gew.% einer gehärteten, aus wärmehärtendem Harz bestehenden Matrix, 10 bis 20 Gew.% geschnitzelter, willkürlich orientierter und im wesentlichen gleichförmig in der Harzmatrix verteilter Glasfasern, 15 bis 60 Gew.% eines gleichförmig in der Harzmatrix verteilten pulverförmigen Füllmittels und 5 bis 30 Gew.% spulenartig aufgewickelter im wesentlichen kontinuierlicher Glasfäden innerhalb der Kunstharzmatrix, die an entgegengesetzten äußeren und inneren Wandteilen (22, 26) konzentriert sind.

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9. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren und inneren Teile (22, 26) der Wand jeweils etwa 20% der gesamten radialen Dimensionserstreckung der Wand ausmachen und etwa 80 Gew.% der gesamten aufgewickelten Glasfasern in der Kunstharzmatrix dieser Wandbereiche konzentriert sind und daß die geschnitzelten Fasern und das Füllmittel im wesentlichen gleichförmig in der Kunstharzmatrix verteilt sind.

10. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 40 Gew.% Kunstharz vorgesehen sind.

11. Wandaufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Füllmittel 20 bis 50 Gew.% des Gesamtgewichts der Wand (20) ausmacht und die geschnitzelten Glasfasern etwa 15 Gew.% betragen.

12. Wandaufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bestandteile vorgesehen sind: 30 bis 40 Gew.% einer im wesentlichen aus gehärtetem wärmehärtendem Kunstharz bestehenden Harzmatrix, 15 bis 45 Gew.% in der Harzmatrix eingebetteter Glasfasern, wobei mindestens 5 Gew.% gewickelte, kontinuierliche Glasfäden oder Stränge und mindestens 15 Gew.% geschnitzelte in der Matrix eingebettete Glasfasern sind und 20 bis 50 Gew.% in der Harzmatrix eingebetteten Sand, wobei die Anteile des Sandes und der Glasfasern sich im umgekehrten Verhältnis zueinander über die Wanddicke derart verändern, daß die Sandkonzentration im Wandmittenbereich (24) am größten und die Glasfaserkonzentration an den inneren und äußeren Wandteilbereichen (22, 26) am größten und am geringsten im Mittenbereich (24) 1st.

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13. Wandaufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtprozentsatz geschnitzelter Glasfasern zwischen 10 bis 20 Gew.% und der Gesamtprozentsatz der aufgewickelten Glasfasern zwischen 15 bis 25 Gew.% der Wand beträgt.

14. Wandaufbau nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Wandteile (22, 26) jeweils 20% der Gesamtdimension der Wand (20) ausmachen und mindestens 60 Gew.% der in der Wand konzentrierten Glasfasern enthalten.

15. Wandaufbau zur Bildung eines Abflußrohres nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß äußere und innere Wandteile (22, 26) etwa jeweils 20% der Gesamtdimension der Wand ausmachen und in diesen Teilen mindestens 90 Gew.% der aufgewickelten Glasfaserstränge oder Glasfaden und etwa 80 Gew.% der geschnitzelten Glasfasern konzentriert ist-und daß etwa 80 Gew.% des Sands im mittleren Teil (24) zwischen äußerem und inneren Wandteil (22, 26) angeordnet sind.

16. Wandaufbau zur Bildung einer Niederdruckröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 80 Gew.% der Glasfadenwicklungen und etwa 60 Gew.% der geschnitzelten Glasfasern in den inneren und äußeren Wandteilen (22, 26) und etwa 80 Gew.% des Sands im mittleren Bereich (24) konzentriert sind.

17. Wandaufbau zur Bildung einer Hochdruckröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeich-

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net, daß etwa 60 Gew.% der Glasfadenwindungen und etwa 40 Gew,% der geschnitzelten Glasfasern in dem inneren und äußeren Wandteil (22, 26) und etwa 70 Gew.% des Sands in dem mittleren Wandteil (24) konzentriert sind.

18. Verfahren zur Herstellung eines eine Flüssigkeit aufnehmenden zylindrischen Wandaufbaus, bevorzugt zur unterirdischen Anwendung, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine kontinuierliche sich drehende zylindrische Form eine wärmehärtende Harzmatrix im flüssigen Zustand'aufgebracht und bei fortgesetzter Drehung der Form in der Harzmatrix geschnitzelte Glasfasern in beliebiger Orientierung und pulverförmiges Füllmittel verteilt werden und daß vor Aushärten der Harzmatrix in diese schraubenförmig kontinuierliche Glasfäden oder Glasfadenbündel gewickelt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die geschnitzelten Glasfasern und der Sand dadurch kontinuierlich und gleichmäßig in der Kunstharzmatrix verteilt werden, daß sie bei Aufbringen der Matrix auf die Form gleichmäßig über dem Kunstharz verteilt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die geschnitzelten Glasfasern und der Sand in der Weise in der Harzmatrix verteilt werden, daß sich die gesamten Gewichtsprozente der Glasfasern umgekehrt proportional zu den gesamten Gewichtsprozenten des Sandes bei ausgewählten radialen Erstreckungen innerhalb der Matrix verändern in der Weise, daß in der Matrix angrenzend an

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die inneren und Süßeren Oberflächen der Wand ein größerer Gewichtsanteil an Glasfasern und in dem zentralen Teil der Matrix in radialer Erstreckung gesehen ein größerer Gewichtsanteil Sand eingebracht wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmehärtende Harz in einer exothermen chemischen Reaktion ausgehärtet wird, wobei in dem Harz als pulverförmiges Füllmittel und als Wärmeableitsystem zur Absorbierung der durch die exotherme Reaktion freigesetzten Hitze und zur Verhinderung eines zu Wärmerissen führenden Hitzeaufbaus Sand verteilt ist.

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