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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff, das zur Herstellung beliebiger rohrförmiger Strukturen verwendbar ist.
Ein besonders Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es die Herstellung von Tragstrukturen ermöglicht, deren Stärke im voraus berechenbar ist, wie dies derzeit bei Verwendung bekannter Baustoffe, wie Stahlbeton, Stahl oder Holz, möglich ist.
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass, vorausgesetzt, dass entsprechende Anlagen zur Verfügung stehen, Produkte aus verstärkten Kunststoffen unmittelbar an Ort und Stelle herstellbar sind, wenn grosse Produkte, wie grosse Rohrsysteme, Behälter oder Türme gewünscht werden, und das gleiche Verfahren zur Herstellung von Produkten mit kleineren Abmessungen in Werkstätten oder Anlagen mit entsprechenden Vorrichtungen kontinuierlich oder diskontinuierlich anwendbar ist.
Es ist bekannt, dass Kunststoffe im allgemeinen und bestimmte verstärkte organische Harze im besonderen auf dem Gebiet der Fertigungsindustrie auf Grund vieler Vorteile, die diese Materialien bieten, immer mehr an Bedeutung gewinnen. Die Anwendung dieser Materialien konnte sich jedoch bis heute weder auf dem Gebiet der Strukturtechnik noch auf dem Sektor der Herstellung von grösseren Produkten der vorstehend genannten Art in befriedigender Weise durchsetzen. Hierauf wird z. B. von E. N.
Doyle in seinem Buch "The development and use of polyester products" McGraw-Hill, Ausgabe 1969, hingewiesen, in dem es heisst, dass ein grosser Bedarf an Strukturen und Bauten im allgemeinen, wie Grossbehältern, grossen Rohren u. dgl. aus verstärkten Polyesterharzen bestünde, dass jedoch noch keine befriedigenden Verfahren zu ihrer Herstellung entwickelt worden seien.
Auf dem Gebiet der Herstellung der vorerwähnten Strukturen sind Verfahren bekannt, die zunächst die Herstellung von Körpern mit Zellenstruktur, beispielsweise durch Extrusion vorsehen, die später als Bauelemente gemäss Verfahren, die mit Bezug auf andere Materialien, wie Holz und Metall bekannt sind, verwendet werden. Die Hohlräume der Zellen können mit Verstärkungsmaterialien gefüllt werden, die im allgemeinen in die bereits geformten Hohlräume eingespritzt werden.
Verfahren dieser Art sind mit Bezug auf die Herstellung von Kunststoffrohren bekannt, die eine Doppelwand mit einer Mehrzahl von die Wände verbindenden Querelementen aufweisen, welche parallel zur Rohrachse erstreckende Hohlräume bilden, die mit einem härtbaren, zur Verstärkung dienenden Material gefüllt werden.
Gemäss einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Körpern wird ein Rohr gebildet, indem ein stranggepresster doppelwandiger Streifen mit Zellenstruktur schraubenlinienförmig aufgewickelt wird.
Zur Herstellung von zylindrischen Gegenständen ist es auch bekannt, auf einen hohlen Kern, der die Innenwand des zylindrischen Körpers bilden soll, eine oder mehrere Schichten eines fadenförmigen, mit Kunstharz getränkten Verstärkungsmaterials aufzuwickeln. Nach einem solchen Verfahren werden jedoch keine Zellenstrukturen erhalten, deren Stärke hinreicht, um eine solche Struktur als tragendes Element verwenden zu können.
Alle bekannten, vorstehend angeführten Verfahren können bei der Herstellung von grossen Rohrstrukturen, sei es für die Massenproduktion in Werkstätten oder für Einzelanfertigungen, nicht zufriedenstellen. Überdies eignen sich die bekannten Verfahren nicht zur Herstellung von Tragstrukturen, bei denen den gegenseitigen Verbindungen zwischen den verschiedenen Kunststoffschichten eine spezifische Stützfunktion zukommt, welche die Tragfestigkeit bestimmt, mit Bezug auf welche die Abmessungen und Ausrichtungen der Verbindungselemente im voraus berechnet werden müssen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, auch grosse Strukturen herzustellen, bei denen die Anordnung der Bauelemente unter Berücksichtigung der Kräfte, welchen die Struktur voraussichtlich standzuhalten haben wird, theoretisch berechnet sind.
Erfindungsgemäss wird von einem Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff, die durch Aufbringen dreier Schichten übereinander auf einem zylindrischen Kern gebildet werden, ausgegangen, nach welchem die beiden Deckschichten durch zumindest einen als Verstärkung dienenden Verbindungssteg aus Kunststoff miteinander verbunden sind ; das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass in der Zwischenschicht mindestens eine diese durchsetzende schraubenförmige Nut gebildet und mit einem härtbaren Kunststoff ausgefüllt wird, worauf dieser Kunststoff ausgehärtet wird. Auf diese Weise werden durch Erhärtenlassen von in Nuten eingebrachten Kunststoffen zur Verstärkung dienende Verbindungsrippen geschaffen.
Verschiedene Ausführungsweisen des erfindungsgemässen Verfahrens sollen ohne Einschränkung auf dieselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die Stufen des erfindungsgemässen Verfahrens ; Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt der Wandung eines nach dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verfahren gebildeten rohrförmigen Produktes ; Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Verfahrensstufe darstellt ; Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt längs der Linie V-V der Fig. 4 ; Fig. 6 ein schematischer Querschnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 4 ; Fig. 7 und 8 sind schematische Darstellungen von Verfahrensstufen einer ersten Abwandlung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemässen Verfahrens ;
Fig. 9 ein schematischer Teilquerschnitt der Wandung des nach den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Verfahren hergestellten rohrförmigen Produktes.
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Bei der Herstellung von Rohren vorbestimmter Länge, die den verschiedensten Verwendungszwecken dienen können, besteht das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf Fig. l und 2 darin,
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--15-- erfolgen, die auf einer Stange --16-- parallel zur Achse der Spindel --12-- beweglich ist. Das auf die Spindel aufzuspritzende Material kann mittels eines nicht dargestellten Schlauches kontinuierlich der Kammer --15a-- der Spritzvorrichtung --15-- zugeführt werden.
Auf die Schicht--14--wird eine
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welche das rohrförmige Produkt aufweisen soll, aufgetragen ist, werden mittels einer Kreisschneidmaschine oder einem Scheibenfräser --19-- (Fig.2), die bzw. der auf der Stange--16--beweglich ist und von einem verschiebbaren Träger --20-- getragen wird, eine oder mehrere schraubenlinienförmige Nuten herausgeschnitten.
In Fig. 2 ist eine einzige schraubenlinienförmige Nut --21-- dargestellt, wobei jedoch in der
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--17-- vollständig--21-- zur Bildung eines schraubenlinienförmig tragenden Verstärkungselementes--23--durch einen härtbaren Kunststoff, beispielsweise durch den gleichen, der für die Herstellung der Schicht--14--verwendet wurde ; anschliessend wird eine härtbare Kunststoffschicht --2- auf der Zwischenschicht --17-- gebildet, die den äusseren Mantel des rohrförmigen Produktes darstellt.
Ein Längsquerschnitt durch einen Teil der fertigen rohrförmigen Wand, die jetzt von der Spindel--12-abgezogen werden kann, ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, wo die Anordnung der Schichten-14 und 22-und der Zwischenschicht--17--aus Schaumstoff zu erkennen ist, die unterteilt wird von den schraubenlinienförmigen Verstärkungsrippen--23--, durch welche die beiden Schichten--14 und 22-miteinander verbunden werden.
Die Nuten--21--bilden Formen, die nach dem Ausfüllen mit verstärkendem Kunststoffmaterial die schraubenlinienförmige Verstärkungsrippe --23-- darstellen; sie können einen von dem in Fig. 3 gezeigten rechtwinkeligen Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen. Dieser Querschnitt kann beispielsweise gemäss Fig. 6 an den Stellen, bei denen die Schichten--14 und 22--mit der Rippe--23--verbunden sind Abschrägungen--24--aufweisen. Während die Herstellung der mit rechteckigem Querschnitt versehenen schraubenlinienförmigen Nut (en)-21--auf einfache Weise mit der Rundschneidmaschine--19-- (vg1.
Fig. 5) erfolgen kann, sind für mit Abschrägungen--24--versehenen schraubenlinienförmigen Nuten Fräser--25-- (Fig. 4 und 6) erforderlich.
Aus den Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, dass das oben beschriebene Herstellungsverfahren von rohrförmigen
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schraubenlinienförmige Nut--21--oder solche Nuten--21--ein Verstärkungsmaterial in Form von kontinuierlichen Fasern, beispielsweise Glasfasern, eingeführt werden kann, die mit dem gleichen wärmehärtbaren Kunststoff getränkt sind wie die Schicht--14--oder mit einem andern Material. Diese Ausführungsform ist insbesondere in Fig. 8 dargestellt, wobei mit--26--die Verstärkungsfasern und mit--27--eine Wanne zur
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sindNut--21--eingebracht.
Die auf diese Weise hergestellte Struktur ist als Teilquerschnitt in Fig. 9 schematisch dargestellt und entspricht der in Fig. 3 gezeigten, jedoch sind zusätzlich kontinuierliche Fasern--26--in der schraubenlinienförmigen Verbindungsrippe--23--eingebettet.
Die oben geschilderten Verfahrensweisen, bei denen eine sich drehende Spindel verwendet wird, können in gleicher Weise auch durch die Verwendung einer abnehmbaren, zylindrisch geformten Schalung realisiert werden, die von in axialer Richtung bewegten Einrichtungen für das Aufspritzen des Kunststoffes und die Herstellung der schraubenlinienförmigen Nuten umkreist wird. Diese Verfahrensweise ist besonders vorteilhaft für grosse zylindrische und/oder rohrförmige Strukturen.
Auf die Herstellung von grossen zylindrisch geformten Produkten mit senkrechten Achsen, wie etwa senkrecht stehenden Grossbehältern, deren Bau erst bei Vorhandensein einer Werkstätte am Standort erfolgen kann, sind die vorstehend beschriebenen Verfahren, wie leicht ersichtlich, anwendbar. So kann z. B. das im Zusammenhang mit den in waagrechter Lage hergestellten Rohrkörpern beschriebene Verfahren mit entsprechenden Abänderungen verwendet werden, um dem speziellen Fall angepasst zu werden.
Die Ausführungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von solchen grossen Rohrkörpern sieht
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insbesondere die Verwendung einer ausziehbaren zylindrischen Schalung--40--mit vertikaler Achse vor, deren Höhe so gewählt ist, dass zumindest die Herstellung eines ersten tragenden Abschnittes oder Teiles des zylindrischen Produktes möglich ist.
Sobald eine zylindrische tragende Wand vorbestimmter Höhe (Höhe der Schalung) fertiggestellt ist, kann diese auf der Schalung gleitend hochgezogen werden. Der freigewordene Teil der Schalung wird auf diese Weise für die Herstellung eines zweiten Abschnittes usw. verwendet, bis die gesamte zylindrische Wand fertiggestellt ist.
Die fertige Struktur wird nach bekannten Verfahren, z. B. durch Erhitzen oder mittels Härtemittel, behandelt, um das Aushärten des Kunststoffes der inneren und der äusseren Schichten und der Verstärkungsrippe und die Vereinigung dieser Schichten mit der Verstärkungsrippe vor sich gehen zu lassen.
Eine weitere Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahrens kann zur Herstellung von zylindrischen Strukturen mit einer vertikalen Achse verwendet werden : Bei dieser Abwandlung des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein im wesentlichen zylindrischer Mantel an Ort und Stelle vorgesehen, der abnehmbar ist und auf dem die Struktur, wie vorstehend beschrieben, gebildet wird.
Demnach ist es bei Anwendung eines der als Beispiele für das erfindungsgemässe Verfahren beschriebenen Verfahrensweisen möglich, rohrförmige Strukturen mit gegebener bzw. Länge mit grossen und kleinen Durchmessern herzustellen. Überdies werden nach erfindungsgemässen Verfahrensweisen erhaltene Wandstrukturen wirksame Tragstrukturen sein, da die Verstärkungs- oder Verbindungsrippe oder solche Rippen zwischen den inneren und den äusseren Schichten in der Lage angeordnet und ausgebildet werden kann, in der sie nach den Berechnungen den Kräften, denen die Strukturen unterworfen werden sollen, standhalten kann (können).
Da schliesslich die verwendeten Kunststoffe eine grosse Auswahl mit Bezug auf ihre physikalischen Eigenschaften (z. B. Beständigkeit gegenüber chemischen, biologischen oder andern Einwirkungen) erlauben, können gemäss den erfindungsgemässen Verfahrensweisen Strukturen gebildet werden, die spezifische Eigenschaften oder Merkmale aufweisen, welche die Bedingungen erfordern, bei denen das Produkt verwendet werden soll. Auf die Strukturen können weitere Schichten aufgebracht werden, um allenfalls gewünschten ästhetischen Wirkungen zu entsprechen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff, die durch Aufbringen dreier Schichten übereinander auf einem zylindrischen Kern gebildet werden, wobei die beiden Deckschichten durch zumindest einen als Verstärkung dienenden Verbindungssteg aus Kunststoff miteinander verbunden sind, welcher
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