DE102006038130B3

DE102006038130B3 - Verfahren zur Herstellung tragender Strukturen und tragende Struktur

Info

Publication number: DE102006038130B3
Application number: DE200610038130
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. Büchler
Original assignee: BaltiCo GmbH
Current assignee: BaltiCo GmbH
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-08-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung tragender Strukturen und die damit hergestellteden vielfältige Anwendung. Sie können z.B. als Bauverstärkungselemente oder auch als Gittermasten eingesetzt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem einzigen kontinuierlichen Wickel- und Legeverfahren ein fertiges Produkt herzustellen, welches festigkeitsoptimal ist und hohen Druck- und Zugbelastungen standhält. Getränkte Kohlefaserstränge werden in einem einzigen kontinuierlichen Wickel- und Legeverfahren um Befestigungsteile, welche in einem Raster angeordnet sind, horizontal, vertikal und diagonal gewickelt. Werden keine Befestigungsteile verwendet, werden die getränkten Kohlefaserstränge oberhalb und unterhalb bereits gewickelter bzw. gelegter Kohlefaserstränge verlegt. Es entsteht ein Gitternetz, welches sehr stabil und belastbar ist.

Description

Die erfindungsgemäßen tragenden Strukturen finden vielfältige Anwendung. Sie können z.B. als Bauverstärkungselemente oder auch als Gittermasten eingesetzt werden.
[Stand der Technik]
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten bekannt. So beschreibt das europäische Patent EP 0861353 B1 ein Bauverstärkungselement aus einem Gitternetzwerk. Es handelt sich hierbei um Stahlstäbe, die von Fasersträngen aus Kohlenstoff umwickelt sind. Sie sind im rechten Winkel zueinander angeordnet. Das entstehende Gitternetzwerk ist durchgehend mit einem thermisch verformbaren Harz imprägniert, wobei die Drähte an den Kreuzungspunkten miteinander fest verbunden sind. Dieses Gitternetzwerk wird als Verstärkung für den Straßenbau angewendet. Als alleiniges tragendes Element ist es nicht geeignet.
In der Offenlegungsschrift DE 10126074 A1 wird eine Belagskonstruktion für Verkehrsflächen und Bauwerksoberflächen vorgestellt. Der Unterbau umfasst mindestens ein sich längs des Belages erstreckendes Gitterwerk mit einer Mehrzahl von unter Maschenbildung über Kreuz angeordneten Scharen aus hochfesten Fasersträngen, die miteinander stoff- oder kraftschlüssig verbunden sind. Die Faserstränge, teilweise aus Glasfasern und teilweise aus Carbonfasern bestehend, sind für sich mit einer zäh-elastischen Verbindungsmasse getränkt und/oder umhüllt und durch diese Tränkung bzw. Umhüllung miteinander an ihren Kreuzungsstellen sowie mit dem Untergrund und mit dem Oberbau unmittelbar stoffschlüssig verbunden.
Diese Bauverstärkungselemente bzw. Belagkonstruktionen sind hauptsächlich dazu geeignet, Fahrbahnen zu verstärken. Als eigenständig tragende Strukturen sind sie nicht anwendbar.
Bei der in der japanischen Veröffentlichung JP 07150818 A dargestellten Rahmenstruktur werden Verstärkungsdrähte aus Stahl oder Carbonfaser diagonal um Hohlkörper gewickelt. Diese verbinden lediglich die Hohlkörper miteinander und bilden dadurch einen Rahmen. Für die aufgabengemäßen Tragkonstruktionen sind sie nicht geeignet.
In der Veröffentlichung JP 10037484 A wird eine Verstärkungsmethode eines vorhandenen strukturellen Körpers vorgestellt, bei der Karbonfaserblätter in horizontaler, vertikaler und diagonaler Richtung um eine Stütze gelegt und befestigt werden. Es handelt sich um einzelne Karbonfaserblätter, die bestehende Strukturen verstärken. Als eigenständig tragende Strukturen sind sie ebenfalls nicht geeignet.
Ähnliche Anordnungen finden sich auch in den Veröffentlichungen DE 19936915 A1 , DE 19916566 B4 , DE 19528839 A1 , DE 19511153 C2 und EP 0027251 B1 , wobei immer bestehende Strukturen oder Anordnungen durch Kohlefaser- oder Glasfaserstränge verstärkt werden.
Alle bisher bekannten Strukturen haben gemeinsam, dass die Herstellung technologisch aufwändig ist. Die entstandenen Konstruktionen können lediglich als Verstärkungselemente bzw. Halbzeuge genutzt werden. Als eigenständige Tragkonstruktionen sind sie nicht geeignet.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem einzigen kontinuierlichen Wickel- und Legeverfahren ein fertiges Produkt herzustellen, welches festigkeitsoptimal ist und hohen Druck- und Zugbelastungen stand hält.
Erfindungsgemäß werden getränkten Kohlefaserstränge in einem einzigen kontinuierlichen Wickel- und Legeverfahren um Befestigungsteile, welche in einem Raster angeordnet sind, horizontal, vertikal und diagonal gewickelt. Werden keine Befestigungsteile verwendet, werden die getränkten Kohlefaserstränge oberhalb und unterhalb bereits gewickelter Kohlefaserstränge verlegt. Es entsteht ein Gitternetz, welches sehr stabil und belastbar ist.
Werden gleichzeitig viele Fasern zu Kohlefasersträngen verarbeitet, können diese beim Wickelvorgang miteinander verflochten oder verdrillt bzw. mit einzelnen Fasern umwickelt werden.
Die Befestigungsteile sind als konkave, zylindrische Teile, insbesondere aus Aluminium, mit einer mittigen Bohrung oder als zylindrische Hohlteile mit einem gebördeltem oder anderweitig verdicktem Rand ausgeführt.
Tragkonstruktionen aus Kohlefaserstoffen bieten beträchtliche Vorteile in Wirtschaftlichkeit und Verarbeitung. Sie haben eine erhöhte Zug-, Druck- und Biegezugfestigkeit. Eine minimale thermische Ausdehnung, geringe Ermüdung und extreme Korrosionsbeständigkeit sind spezifische Vorteile.
[Beispiele]
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
1 Schemazeichnung einer erfindungsgemäßen tragenden Struktur,
2 Aufbau einer tragenden Struktur mit umwickeltem Tragwerk,
3 Aufbau einer tragenden Struktur mit umnähtem Tragwerk und
4 tragende Struktur mit Zwischenknoten und ohne metallische Einleger.
1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen tragenden Struktur. Zur Herstellung dieser tragenden Struktur werden einzelne Befestigungsteile 2 in einem bestimmten Raster angeordnet. Die Größe der Befestigungsteile 2 richtet sich nach der Dicke der Kohlefaserstränge 1. Der Abstand der Befestigungsteile 2 im Raster wird durch die Dicke der Kohlefaserstränge 1 und durch die Belastungsanforderungen der herzustellenden tragenden Struktur bestimmt. Die getränkten Kohlefaserstränge 1 werden horizontal, vertikal und diagonal um die Befestigungsteile 2 gewickelt, so dass ein Gitternetz entsteht.
Die Befestigungsteile 2 dienen nicht nur zum Herstellen der tragenden Strukturen, sondern können auch zur Befestigung der tragenden Strukturen z.B. an Wänden oder auch zur Befestigung von anderen Elementen auf den tragenden Strukturen verwendet werden.
Die Befestigungsteile 2 können aus Metall aber auch aus jedem anderen Material bestehen, welches geeignet ist, die tragenden Strukturen zu halten. Eine Ausführungsform sind konkave, zylindrische Aluminiumteile mit einer mittigen Bohrung. Vorstellbar sind aber auch zylindrische Hohleile, z.B. Aluminiumhülsen, mit einem gebördeltem oder anderweitig verdicktem Rand.
Die Kohlefaserstränge 1 können eine beliebige Dicke besitzen. Werden viele Fasern gleichzeitig verarbeitet, werden diese beim Wickelvorgang miteinander verflochten oder verdrillt, um einen besseren Halt an den Metallteilen zu erreichen. Dadurch wird auch die Stabilität der tragenden Struktur erhöht. Es besteht außerdem die Möglichkeit bei sehr hohen Druckbelastungen, die Kohlefaserstränge mit einzelnen Fasern 3 zu umwickeln (2), um so ein Herauslösen von einzelnen Fasern aus dem Faserstrang zu verhindern.
Mit einem einzigen kontinuierlichen Wickel- und Legeverfahren entsteht so kein Halbzeug sondern ein fertiges Produkt.
3 zeigt den Aufbau einer tragenden Struktur mit umnähtem Tragwerk. Bei dieser Technologie werden die einzelnen Faserstränge mit einem geeigneten Material umnäht 4 und die entstehenden Knoten vernäht.
In 4 wird die tragende Struktur ohne metallische Einleger hergestellt. Dazu werden die Kohlefaserstränge horizontal, vertikal und diagonal mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeugs oberhalb und unterhalb bereits vorhandener, d.h. in einem vorherigen Arbeitsschritt gelegter oder gewickelter Kohlefaserstränge verlegt, so dass Zwischenknoten 5 entstehen. Die einzelnen Faserstränge können ebenfalls umwickelt oder umnäht werden.
Die so geschaffenen Strukturen sind festigkeitsoptimal und halten hohen Druck- und Zugbelastungen stand.
Es können beliebige räumliche und ebene Tragwerksstrukturen aus Faserverbundwerkstoff hergestellt werden. So ist die Anwendung sowohl als tragende Wände z.B. mit einer Verkleidung als auch Brücken- oder Gittermastkonstruktionen denkbar. Der besondere Vorteil dieser Bauwerke ist die erhöhte Zug-, Druck- und Biegezugfestigkeit und das geringe Gewicht des Endproduktes.

Claims

Verfahren zur Herstellung tragender Strukturen dadurch gekennzeichnet, dass getränkte Kohlefaserstränge (1) in einem einzigen kontinuierlichen Wickel- und Legevorgang um Befestigungsteile (2), welche in einem Raster angeordnet sind, abwechselnd horizontal, vertikal und diagonal gewickelt werden, so dass ein Gitternetz entsteht.
Verfahren zur Herstellung tragender Strukturen dadurch gekennzeichnet, dass getränkte Kohlefaserstränge (1) abwechselnd oberhalb und unterhalb bereits gewickelter oder gelegter Kohlefaserstränge (1) horizontal, vertikal und diagonal verlegt werden, so dass ein Gitternetz entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Bündel von Fasern zu Kohlefasersträngen gleichzeitig verarbeitet wird, wobei diese beim Wickelvorgang miteinander verflochten oder verdrillt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Bündel von Fasern zu Kohlefasersträngen gleichzeitig verarbeitet wird, wobei diese mit einzelnen Fasern umwickelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsteile konkave, zylindrische Teile, insbesondere aus Aluminium, mit einer mittigen Bohrung angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsteile zylindrische Hohlteile mit einem gebördeltem oder anderweitig verdicktem Rand angewendet werden.
Tragende Struktur dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsteile (2) in einem Raster angeordnet sind, um welche getränkten Kohlefaserstränge (1) derart horizontal, vertikal und diagonal gelegt sind, dass ein Gitternetz gebildet wird.
Tragende Struktur dadurch gekennzeichnet, dass getränkte Kohlefaserstränge (1) ein Gitternetz bilden, indem diese abwechselnd oberhalb und unterhalb bereits gewickelter oder gelegter Kohlefaserstränge (1) horizontal, vertikal und diagonal angeordnet sind.
Tragende Struktur nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserstränge (1) aus vielen Fasern bestehen, welche miteinander verflochten oder verdrillt sind.
Tragende Struktur nach Anspruch 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserstränge (1) aus vielen Fasern bestehen, welche umwickelt sind.
Tragende Struktur nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlefaserstränge (1) mit einzelnen Fasern umwickelt sind.
Tragende Struktur nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsteile (2) als konkave, zylindrische Teile, insbesondere aus Aluminium, mit einer mittigen Bohrung ausgeführt sind.
Tragende Struktur nach Anspruch 7 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsteile (2) als zylindrische Hohlteile mit einem gebördeltem oder anderweitig verdicktem Rand ausgeführt sind.