DE3017870A1

DE3017870A1 - Rohrfoermige struktur und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3017870A1
Application number: DE19803017870
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: TABUR MARINE
Current assignee: TABUR MARINE
Priority date: 1979-05-11
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1980-11-20
Also published as: FR2455980A1; FR2455980B1

Description

Exemplar 1

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmank, Dipl.-Phys. DrTK: Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

THem

TABUR-MARINE S.A. —24ru8 Marc S

Frankreich

.5-

cruin

8 000 MÜNCHEN 86, DEN-; 9 ^J_?J POSTFACH 860 820 "

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

Rohrförmige Struktur und Verfahren zu ihrer Herstellung

030047/0853

Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Kompositstruktur, umfassend eine Mehrzahl von mit Längsverstärkungselementen versehenen textlien Schichten, die nach ihrem Zusammenbau miteinander verbunden werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kompositstruktur.

Es sind bereits zahlreiche rohrförmige Kompositstrukturen bekannt, die durch übereinanderlegen und Verpressen' von getrennten Trägermaterialien hergestellt wurden. Der Herstellungspreis derartiger rohrförmiger Strukturen ist ziemlich hoch wegen der jeweiligen Kosten für die verschiedenen Herstellungsschritte, ob es sich nun dabei um das Herstellen der getränkten Trägermaterialien oder die Schritte des Pressens und Polymerisierens handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rohrförmige KompositStruktur anzugeben, die gute Festigkeitseigenschaften hinsichtlich der Beanspruchung auf Biegung und Torsion aufweist und zu einem relativ niedrigen Preis herzustellen ist.

Die zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagene Kompositstruktur umfaßt im wesentlichen - radial von innen nach außen betrachtet - eine Versteifungshülse, die aus einem geflochtenen selbst nicht verstärkten Textilschlauch besteht, der sich mindestens über einen Teil der Länge der rohrförmigen Kompositstruktur erstreckt, einen in einer Richtung verstärkten unidirektionellen geflochtenen ersten Textilschlauch, einen nicht verstärkten oder bidirektionellen geflochtenen zweiten Textilschlauch, einen in einer Richtung verstärkten unidirektionellen dritten geflochtenen Textilschlauch und einen bidirektionellen geflochtenen vierten Textilschlauch, wobei die gesamte Anordnung der vier .Textil-.. schläuche mit einem Harz in der Weise getränkt ist, daß eine vollständige Verbindung zwischen den genannten Schläuchen geschaffen ist, die zu einer einstückigen monolitischen Struktur führt.

030047/0853 ^

— & —

Der vorstehend verwendete Ausdruck bidirektionell beschreibt die Eigenschaft eines nicht versteiften geflochtenen textlien Materials, sich ebenso in Längsrichtung wie in Querrichtung verformen zu können.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die in einer Richtung verstärkten geflochtenen Textilschläuch von der Art, wie sie in dem französischen Patent 77 03 537 der Anmelderin beschrieben sind, d.h. daß die geflochtenen Textilschläuche aus zwei Reihen sich kreuzender und schräg zu den Erzeugenden des Schlauches verlaufender Fäden und einer Reihe längsgerichteter und parallel zu den Erzeugenden des Schlauches verlaufender Fäden bestehen, die durch die sich kreuzenden und schräg verlaufenden Fäden festgehalten werden, wobei der Winkel zwischen den schräg verlaufenden Fäden und der Erzeugenden des Schlauches annähernd 45° beträgt.

Die die geflochtenen Textilschläuche bildenden Fäden und die längs verlaufenden Fäden sind vorzugsweise von Glasfasern gebildet.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung bestehen die eine Verstärkung in einer Richtung bewirkenden längsverlaufenden Verstärkungsfäden aus Fäden mit einem hohen Elastizitätsmodul und sind aus· einer Gruppe von Fäden gewählt, die Bor-Fasern, Kohlefasern, Siliciumfasern und Fasern aus aromatischen Polyamiden umfaßt.

Mindestens ein Teil der Glasfasern, welche den bidirektionellen geflochtenen Textilschläuch bilden, der die erste die Struktur bildende Schicht umschließt,sind vorzugsweise texturierte Fasern, die eine Oberflächenwirkung aufweisen.

0300A.7/0853

Vorzugsweise ist die Verstärkungshülse um 1/4 der Gesaratlänge der rohrförmigen Struktur von einer der Basen der Struktur entfernt angeordnet und erstreckt sich über eine Länge zwischen ca. 1/8 und 1/10 der Gesamtlänge der Struktur.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die vier geflochtenen Textilschläuche über die gesamte Länge der rohrförmigen Struktur.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der die Innenwand der.rohrförmigen Struktur bildende, in einer Richtung verstärkte erste geflochtene Textilschlauch von einer-der Basen der genannten Struktur ausgehend über eine Länge von 1/3 bis zur Hälfte der Gesamtlänge der rohrförmigen Struktur.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Strukturen vorgeschlagen, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß über einen beweglichen Dorn, dessen Abmessungen und Querschnitte in Abhängigkeit der Abmessungen und Querschnitte der zu erzeugenden rohrförmigen' Struktur gewählt sind, nacheinander folgende Teile gezogen werden:

eine Verstärkungshülse, die aus einem nicht verstärkten Textilschlauch besteht, sich mindestens über einen Teil der Länge des Dornes erstreckt und mit ihren Enden an dem Dorn befestigt wird,

einen in einer Richtung verstärkten unidirektioneilen ersten geflochtenen Textilschlauch, dessen Enden an dem Dorn befestigt werden,

einen bidirektionellen zweiten geflochtenen Textilschlauch, den man gegen den ersten Textilschlauch drückt, so daß

030047/0853 -

-x-3

er sich der Form des Dornes eng anpaßt,

einen in einer Richtung verstärkten unidirektionellen geflochtenen dritten Textilschlauch, und

einen bidirektionellen geflochtenen vierten Textilschlauch,

daß jeweils vor dem Überziehen eines weiteren Textilschlauch.es die Enden des vorhergehenden Textilschlauches an der vorhergehenden Schicht auf dem Dorn befestigt werden, daß die gesamte Anordnung mit einem kaltpolymerisierenden Kunstharz getränkt wird, daß die getränkten Schichten unter Spannung und mit einer teilweisen Überlappung von einem kontinuierlichen Kunststoffolienband bedeckt werden, daß man die gesamte Anordnung bei einer Temperatur von etwa 20 bis 30° C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 25° C polymerisieren läßt, daß das Kunststoffband abgerissen wird und daß der Dorn herausgezogen wird.

Der Zusammenbau der verschiedenen vorstehend beschriebenen Schichten ermöglicht es, rohrförmige Strukturen herzustellen, die eine hohe Festigkeit sowohl hinsichtlich einer Beanspruchung auf Biegung als auch einer Beanspruchung auf Torision aufweisen und dennoch aufgrund der Einfachheit des Herstellungsverfahrens zu einem befriedigenden Preis herstellbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, welches die Herstellung eines Mastes für ein Windsurfgerät beschreibt.

Für einen kegelstumpfförmigen Mast mit einer Länge von 4,50 m, der an seiner großen Basis einen Außendurchmesser von 80 mm und an seiner kleinen Basis einen Außendurchme-sser von 32 mm aufweist, wird auf einen herausziehbaren kegelstumpf förmigen Dorn mit einer Gesamtlänge von ungefähr 5 m eine Verstärkungshülse aufgeschoben, die aus einem

030047/0853

- r-

bidirektionellen nicht verstärkten geflochtenen Textilschlauch von etwa 40 cm besteht. Es handelt sich um einen herkömmlichen Schlauch mit zwei sich unter einem Winkel von 45° kreuzenden Streifen, die aus gesponnenen Glasfasern mit einem Gesamttiter von 52.000 Tex bestehen. Die Verstärkungshülse wird an. ihren beiden Enden an dem Dorn befestigt. Das untere Ende befindet sich dabei in einem Abstand von etwa 110 cm von der großen Basis des Domes. Diese Befestigung kann mittels eines beliebigen Befestigungsmittels erfolgen (beispielsweise Klebestreifen).

Anschließend wird über die gesamte Lange des Domes und über die Verstärkungshülse ein erster geflochtener unidirektionell verstärkter Textilschlauch gezogen, der an seinen beiden Enden an dem Dorn mit Hilfe eines beliebigen ari sich bekannten Befestigungsmittel befestigt wird.

Dieser Schlauch besteht aus zwei sich unter 45° kreuzenden Binden, die jeweils Glasfasern umfassen mit einem Titer von 60.500 Tex, zwischen denen Glasfasern ohne Drall eingeschlossen sind, die einen Gesamttiter von 105.000 Tex aufweisen, über diesen ersten Textilschlauch wird ein zweiter bidirektioneller geflochtener Textilschlauch gezogen. Es handelt sich um einen herkömmlichen Schlauch, der zwei sich unter 45° kreuzende Binden aufweist, die aus gesponnenen Glasfasern mit'einem Gesamttiter von 52.000 Tex bestehen und zwischen 7 bis 10% texturierter Glasfasern mit einer Relief wirkung aufweisen. Dieser Schlauch wird über den vorhergehenden Schlauch gezogen und in der Weise geglättet, daß er sich gleichmäßig der Form des Dornes anpaßt, den er über eine Länge von 4,50 m bedeckt. Der letztgenannte Schlauch wird an seinen beiden Enden befestigt, wie dies oben beschrieben wurde.

Schließlich wird über den bereits mit zwei ersten Schichten bedeckten Dorn ein unidirektionell verstärkter dritter ge-

0300A7/0853 "

/U

flochtener Textilschlauch mit einer Länge von 4,50 m gezogen. Dieser Schlauch weist die gleichen Eigenschaften auf.· wie der erste Textilschlauch. Nach der Befestigung seiner beiden Enden in der oben beschriebenen Weise wird dieser dritte Schlauch über seine ganze Länge mit einem letzten bidirektionellen geflochtenen Textilschlauch überzogen, der die gleichen Eigenschaften wie der zweite Schlauch aufweist, jedoch keine texturierten Glasfasern enthält. Der Schlauch wird gegen die so gebildete Anordnung gespannt.

Nach der Befestigung der beiden Enden dieses Textilschlauches wird auf die Anordnung in bekannter Weise (beispielsweise durch Schwerkraft auf den sich langsam drehenden Dorn) die folgende Kunststoffverbindung aufgebracht!

auf 1 kg Kunstharz in Form eines ungesättigten Polyesters auf der Basis von Styrol, das in Frankreich unter dem Namen Polylite 11902 von der Firma Sheby vertrieben wird, werden 18 ml eines Katalysators, der aus einem Ditertiobutylperoxid besteht/ das in Frankreich von der Firma Akzo unter dem Namen Trigonase 4 4 B vertrieben wird,und 6 ml eines Beschleunigers oder Akktivators gegeben, der aus einem Kobaltoctoat besteht. Die Menge der auf die gesamte Anordnung zu verteilenden Harzverbindung ist so berechnet, daß der Gewichtsanteil des Kunstharzes etwa 30% der gesamten Anordnung beträgt.

Auf die mit Harz getränkte Struktur wird sofort ein Band aus einer Kunststoffolie gewickelt. Das Band wird unter Spannung und mit einer teilweisen Überlappung gewickelt, wodurch man einerseits eine gewisse Gleichverteilung der aufgebrachten Harzmenge erreicht und andererseits sicherstellt, daß die äußerste Schicht ein gleichförmiges Erscheinungsbild bietet.

030047/0853 '

Die Polymerisation folgt anschließend innerhalb eines Zeitraumes von 25 min an der freien Luft bei einer Temperatur von etwa 25° C.

Nach dem Abreißen des Kunststoffbandes wird der Dorn entfernt und man erhält eine kegelstumpfförmige Struktur, die sich gut als Mast für ein Windsurfbrett eignet.

Die beigefügte Fig. zeigt in sehr schematischer Weise einen kegelstumpfförmigen Dorn 10 der mit seiner größeren Basis an einer nicht näher dargestellten Drehvorrichtung 12 gelagert ist. Unmittelbar auf dem Dorn erkennt man die Verstärkungshülse 14, die - in radialer Richtung von innen nach außen betrachtet - von den vier oben beschriebenen geflochtenen Textilschläuchen 16 bis 18 umschlossen wird, die sich über die gesamte Länge des zukünftigen Mastes erstrecken.

Es versteht sich und ergibt sich aps. der vorstehenden Beschreibung, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Herstellung von Masten für Surfbretter beschränkt ist. Sie betrifft alle rohrförmigen Strukturen unabhängig von deren Abmessungen und Querschnitten. Es ist darüberhinaus klar, daß das Polyesterharz, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Tränkung der geflochtenen Schläuche verwendet wurde auch durch jedes andere Kunstharz ersetzt werden kann, insbesondere durch ein Epoxiharz, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.

0300A7/0853

Claims

Patentansprüche

iJ Rohrförmige Kompositstruktur, umfassend eine Mehrzahl •J geflochtener Textilschichten mit Längsverstärkungselementen, wobei die Textilschichten nach ihrem Zusammenbau miteinander verbunden werden, gekennzeichnet durch - in radialer Richtung von innen nach außen betrachtet - eine Versteifungshülse, die aus einem geflochtenen selbst nicht verstärkten Textilschlauch besteht, der sich mindestens über einen Teil der Länge der rohrförmigen Kompositstruktur erstreckt, einen in einer Richtung verstärkten unidirektionellen geflochtenen ersten Textilschlauch, einen nicht verstärkten oder bidirektionellen geflochtenen zweiten Textilschlauch, einen in einer Richtung verstärkten unidirektionellen dritten geflochtenen Textilschlauch und einen bidirektionellen geflochtenen vierten Textilschlauch, wobei die gesamte Anordnung der vier Textilschläuche mit einem Harz in der Weise getränkt ist, daß eine vollständige Verbindung zwischen den genannten Schläuchen geschaffen ist, die zu einer einstückigen monolitischen Struktur führt.
2. Kompositstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Richtung verstärkten unidirektionellen geflochtenen Textilschläuche- aus zwei Reihen sich kreuzender und schräg zu den Erzeugenden der Schläuche verlaufender Fäden und einer Reihe von in Längsrichtung und parallel zu den Erzeugenden verlaufenden Fäden bestehen, welche durch die sich kreuzenden und schräg verlaufenden Fäden festgehalten werden, wobei der Neigungswinkel zwischen den schräg verlaufenden Fäden und den Erzeugenden der Schläuche annähernd 45° beträgt.

030047/0853
3. Kompositstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die geflochtenen Textilschläuche bildenden Fäden und die längs verlaufenden Fäden von Glasfasern gebildet sind.
4. Kompositstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstärkung in einer Richtung bewirkenden längs verlaufenden Fäden aus Fäden mit einem hohen Elastizitätsmodul bestehen und aus einer Gruppe von Fasern gewählt sind, die Bor-Fasern, Kohlefasern, Siliciumfasern und Fasern aus aromatischen Polyamiden umfaßt.
5. Kompositstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, .daß mindestens ein Teil der Glasfasern, welche den auf der Verstarkungshulse der Kompositstruktur angeordneten bidirektionellen ersten Textilschlauch bilden, texturierte Fasern sind, die eine Oberflächenwirkung aufweisen.
6. Kompositstruktur nach einem der Ansprüche 1 hIs 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungshülse etwa um 1/4 der Gesamtlänge der rohrförmigen Kompositstruktur von einem der Enden der Struktur entfernt angeordnet ist und sich über eine Länge zwischen etwa T/8"und 1/10 der Gesamtlänge der Kompositstruktur erstreckt.
7. Kompositstruktur nach einem der Ansprüche T bis 6, da-' durch gekennzeichnet, daß die vier geflochtenen Textil·-, schläuche sich über die gesamte Länge der rohrförmigen Struktur erstrecken.
8. Kompositstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis "6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der in "einer Richtung verstärkte unidirektionelle geflochtene erste Textilschlauch,

030047/0853 - ' ■ '

welcher die Innenwand der rohrförmigen Kompositstruktur bildet, ausgehend von einem der Enden der genannten Struktur über eine Länge erstreckt, die zwischen 1/3 und der Hälfte der Gesamtlänge der Kompositstruktur variiert.
9. Verwendung der rohrförmigen Kompositstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Masten für Windsurfgeräte.
10. Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Kompositstrukturen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über einen beweglichen Dorn, dessen Abmessungen und Querschnitte in Abhängigkeit der Abmessungen und Querschnitte der zu erzeugenden rohrförmigen Struktur gewählt sind, nacheinander folgende Teile gezogen werden:

eine Verstärkungshülse, die aus einem nicht verstärkten Textilschlauch besteht, sich mindestens über einen Teil der Länge des Domes erstreckt und mit ihren Enden an dem Dorn befestigt wird,

einen in einer Richtung vertärkten unidirektionellen ersten geflochtenen Textilschlauch, dessen Enden an- dem Dorn befestigt werden,

einen bidirektionellen zweiten geflochtenen Textilschlauch, den man gegen den ersten Textilschlauch drückt, so daß er sich der Form des Dornes eng anpaßt, einen in einer Richtung verstärkten unidirektionellen geflochtenen dritten Textilschlauch, und einen bidirektionellen geflochtenen vierte Textilschlauch, daß jeweils vor dem überziehen eines weiteren Textilschlauches die Enden des vorhergehenden Textilschlauches an der vorhergehenden Schicht auf dem Dorn befestigt werden, daß die gesamte Anordnung mit einem kaltpolymerisierenden

0 30 047/0853 ·

Kunstharz getränkt wird, daß die getränkten - Schichten unter Spannung und mit einer teilweisen Überlappung von einem kontinuierlichen Kunststoffolienband bedeckt werden, daß man die gesamte Anordnung bei einer Temperatur von etwa 20 bis 30° C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 25° C polymerisieren läßt, daß das Kunststoffband abgerissen wird und daß der Dorn herausgezogen wird.

030047/0853