DE1629424C3 - Steifer ebener oder gekrümmter flächiger Formkörper aus verstärktem duroplastischem Kunststoff sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen steifen, ebenen oder gekrümmten flächigen Formkörper aus verstärktem duroplastischcm Kunststoff mit zwei gegebenenfalls außen durch Folien abgedeckten Lagen aus kunslhar/getränktem Fasermaterial. Ein derartiger Formkörper ist durch, die schweizerische Patentschrift 365 532 bekanntgeworden.

Verstärkte duroplastische Kunststoffe haben im Vergleich zu Metallen einen niedrigen Elastizitätsmodul. Es ist daher schwierig, aus ihnen dünnwandige und trotzdem steile Formkörper herzustellen.

Eine Möglichkeit besteht darin, daß man plane Platten durch aufgeklebte Profile versteift. Das Verkleben von Duroplasten ist jedoch schwierig und kostspielig.
Eine andere Möglichkeit, die Steifigkeit von dünnen Platten zu erhöhen, besteht darin, daß man sie in einer Richtung wellt und eine so gewellte Bahn gegebenenfalls auch in der Richtung des Wellenverlaufs zusätzlich krümmt. Hiermit erhält man tatsächlich relativ steife Formkörper, die jedoch an ihren Rändern im Vergleich zur Tafelmitte eine wiederum relativ niedrige Steifigkeit und auch eine sehr niedrige Torsionssteifigkeit besitzen. Oft ist auch die gewellte Oberfläche unerwünscht. Bekannt sind auch kuppeiförmige, also in zwei Richtungen gekrümmte Formkörper. Bei gegebener Wandstärke sind diese jedoch auch nur in begrenzten Abmessungen herstellbar. Oft genügen auch die Ränder eines solchen Formkörpers nicht den Anforderungen an Steifigkeit und Festigkeit, da die Ränder als Verbindungsstellen zu Halterungen oder anderen EIemeinen besonders hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Häufig stört die bei größeren Kuppeln aus Fertigkeitsgründen nötige große Stichhöhe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper der eingangs genannten Art so wciterzubilden, daß er unter Beibehaltung der Wanddicke eine größere Steifigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Lagen aus kunstharzgetränktem Fasermaterial langgestreckte Hohlräume mit geschlossenem Querschnitt vorgesehen sind.

Bei dieser Ausbildung des Formkörpers — der Formkörper kann hierbei ebene, gewellte, einseitig gekrümmte oder sonst irgendwie ausgestaltete, bevorzugt aber zweiseitig gekrümmte Flächen aufweisen — wird dank des Fehlens jeglicher Niet-, Schweiß- oder Klebeverbindungen durch die eingeschlossenen Hohlräume ein Querschnitt mit sehr hohen Widerstandsmomenten erzielt und somit ein Formkörper, der zwar sehr dünn-

wandig sein kann, aber trotzdem außerordentlich hohe Steifigkeiten und Festigkeiten aufweist. Großflächige Kuppeln oder z. B. selbsttragende Gewächshäuser mit großen Spannweiten werden hierdurch wirtschaftlich herstellbar. Die Mittelachse der Hohlräume kann in der Ebene des flächigen Formkörpers liegen oder auch nach der einen oder anderen Seite verschoben sein.

Die Hohlräume können einen kreisförmigen, elliptischen, viereckigen oder beliebig vieleckigen Querschnitt aufweisen. Sie verlaufen normalerweise parallel zueinander und an oder in der Nähe der Ränder des Formkörpers, können aber auch in den Flächen verlaufen, sich auch kreuzen und somit gleichsam einen Verstärkungsraster bilden. Die Hohlräume können den Formkörper von einem bis zum anderen Ende durchziehen oder im Bedarfsfall auch eine gewisse Strecke vom Rand her in den Formkörper hineinreichen. Auch können die Hohlräume über ihre Länge einen veränderlichen Querschnitt aufweisen. Es kann z. B. sinnvoll sein, am Fuße eines Formkörpers einen größeren Quer«, schnitt des Hohlraumes vorzusehen, um damit eine höhere Steifigkeit an dieser Stelle zu haben, und an einem späteren Punkt einen kleineren Durchmesser des Hohlraumes vorzusehen, um damit eine herabgesetzte Steifigkeit zu erreichen.

Zur Erhöhung der Knickfestigkeit ist es oft sinnvoll, die Hohlräume auszufüllen. Dies kann dadurch geschehen, daß man nach Herstellung der Elemente, eventuell auch erst, nachdem die Elemente am Ort der Anwendung fertig montiert sind, die Hohlräume mit einem Schaummaterial oder einem anderen bindenden oder nicht abbindenden Füllmaterial wie Beton, Sand, Blähton, Schlacken, Steinen u. dgl. ausfüllt.

Läßt man die Hohlräume ungefüllt, so lassen diese sich besonders wirtschaftlich für den Transport von Gasen, Dämpfen oder Flüssigkeiten verwenden. Setzt man z. B. die Formkörper nach der Erfindung als Bauteile von Gewächshäusern ein, so kann man durch die Hohlprofile die Be- und Entlüftung, die Beheizung oder eine CCh-Zuführung in das Gewächshaus durchführen.

Vielfach ist es sinnvoll, die Stellen, die später einen Hohlraum umschließen, durch Einlegen von Mattenstreifen oder Gewebeslreifen zusätzlich zu verstärken.

Zur Herstellung von Elementen mit sich kreuzenden Hohlräumen genügt es, wenn man zwischen mindestens zwei Mattenlagen die flachliegenden Kunststoffschläuche über Kreuz einlegt und die Schläuche an der Kreuzungsstelle wahlweise durch eingelegtes Verstärkungsmaterial voneinander trennt. Man kann jedoch auch so vorgehen, daß man das einzulegende Netzwerk aus Schläuchen in einem Stück vorher herstellt. Dies kann z. B. so geschehen, daß man zwei Folien z. B. aus Polyäthylen übereinander legt und diese beiden Folien entsprechend dem gewünschten Netzwerk linienförmig miteinander verschweißt. Die zwischen den so gebildeten Schläuchen liegenden Materialstücke kann man herausschneiden oder hcratisstanzen.

Die erfindungsgemäßen Formkörper lassen sich besonders leicht aus flüssigen Gießharzen herstellen, die mit beliebigen faserigen Materialien verstärkt sind. Als flüssige Kunstharze eignen sich also z. B. Polyesterharze, Epoxydharze, Methacrylat-Gicßharze. Als Fasermaterial kommen Glasfasern in Form von Glasfasermatten oder Glasfasergeweben oder Fasern aus Asbest, Gestein. Polyamid, Sisal und anderen Materialien in Frage. Die äußeren Folien und auch die Schläuche können aus einem Materia! hergestellt sein, welches sich nach der Aushärtung von dem fertigen Formkörper abziehen läßt, oder welches mit dem Kunstharz während oder nach der Aushärtung eine feste Verbindung eingeht. Entsprechend eignen sich Folien bzw. Schläuche aus Zellglas, Polyäthylen, PVC, Polyvinylalkohol, PoIycarbonat. Polyvinylfluorid und andere.

Die Herstellung der Formkörper kann in bekannter Weise z. B. so erfolgen, daß man ein Laminat z. B. aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen in bekannter Weise nach dem Handauflegeverfahren oder nach dem Faserspritzverfahren auf einer mit Trennmittel behandelten Form herstellt und an den Stellen, an denen man eine Profilverstärkung wünscht, einen verlorenen Kern z. B. aus Gips einlegt. Der verlorene Kern wird vor dem Einlegen mit einem Trennmittel wie z. B. Polyvinylalkohol behandelt und beim Einlegen allseitig von Glasfasermatte und Harz umgeben. Nachdem das Polyesterharz durch die Wirkung der Katalysatoren bzw. Zuführung von Wärme ausgehärtet ist. kann der verlorene Kern entfernt werden.

Für ebene Platten läßt sich besonders wirtschaftlich ein Verfahren anwenden, wie es in dem DBP 1 193 666 beschrieben ist.

Für das Herstellen von räumlich gekrümmten größeren Formköi'pern sind die bisher beschriebenen Verfahren jedoch nicht geeignet. Das Verfahren mit verlorenen Kernen ist zwar auch für räumlich gekrümmte Formkörper anwendbar, aber sehr aufwendig und schwierig durchführbar, da man insbesondere keine luftfreien Laminate erzielen kann. Auch ist das Herstellen großer Kerne kostspielig, und ein größerer gekrümmter Kern ist nach dem Aushärten des Laminats nur schwer zu entfernen.

Der Erfindung liegt daher auch die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren für die Herstellung der Formkörper nach der Erfindung anzugeben.

Gemäß der Erfindung besteht dieses Verfahren darin, daß zur Bildung jedes Hohlraums je ein flachliegender Kunststoffschlauch zwischen die beiden Lagen aus Fasermaterial eingelegt, das so gebildete Laminat mit flüssigem härtbaren Kunstharz getränkt und durch Ausrollen luftfrei gemacht und anschließend auf eine Verformungseinrichtung aufgelegt und dort randseitig eingespannt wird, und daß der Kunststoffschlauch — gegebenenfalls während oder nachdem das Laminat durch Differenzdruck verformt wird — durch Einführung eines Druckmediums zum Hohlraum aufgeweitet wird, und daß das so verformte Laminat durch Einwirkung von Katalysatoren, Beschleunigern und/oder Wärme formsteif aushärtet. Läßt man hierbei ein Druckmedium wie z. B. erwärmte Luft, Warmwasser oder warmes Öl konstant durch den innenliegenden Kunststoffschlauch hindurchströmen, so wird dadurch ein schnelleres Aushärten des den Kunststoffschlauch umgebenden Teil des Laminats erreicht.

Für die Durchführung des Verfahrens eignen sich Vorrichtungen, wie sie in der schweizerischen Patentschrift 365 532 beschrieben sind.

Gemäß dem beschriebenen Verfahren kann auch ein gebogener Formkörper ohne Anlage an irgendeine Form gebildet werden. Dieses Verfahren ist besonders wirtschaftlich, da man keine teuren Formflächen erstellen muß. Wünscht man jedoch eine ganz bestimmte Gestaltung eines Formkörpers, ist es zweckmäßig, wenn das Laminat vor dem Aufweiten der Kunststoffschläuche gegen eine Matrize gesaugt oder gedrückt wird und die Kiinststoffschläuche zwischen Form und Gegenform aufgeweitet werden. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, den flachliegenden Kunststoffschlauch ge-

faltet einzulegen, damit er nicht durch die Patrize während des Aufweitens festgehalten wird.

Vorteilhafte Ausbildungen der Vorrichtung nach der schweizerischen Patentschrift 365 532 zur Herstellung eines Formkörpers nach der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 13 und 14.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiclc der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen ebenen Formkörper mit zwei Hohlräumen,

F i g. 2 einen allseitig gekrümmten Formkörper mit zwei Hohlräumen,

F i g. 3 einen in zwei Richtungen gekrümmten Formkörper mit zwei Hohlräumen,

Fig.4 einen weiteren gekrümmten Formkörper mit zwei Hohlräumen.

F i g. 5 einen Formkörper mil zwei sich kreuzenden Hohlräumen,

F i g. 6 verschiedene Querschnitte von Hohlräumen,

F i g. 7 einen Schnitt durch ein in einer Vakuumvörrichtung eingespanntes Laminat mit zwei inncnliegcndcn flachen Kunststoffschläuchen.

Fig.8 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 7 nach Anlegen des Vakuums,

F i g. 9 einen Schnitt gemäß F i g. 8. nachdem die innenliegenden Kunststoffschläuche aufgeblasen wurden,

F i g. 10 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß F i g. 7, jedoch mit Matrize und Patrize,

F i g. 11 einen Schnitt durch einen Auflege- und einen Fcslspannrahmen mit dazwischenliegendem Laminat mit zwei eingeschlossenen flachliegenden Kunststoffschläuchen,

Fi g. 12 einen Schnitt durch einen Festspannrahmen mit Gummihalterung und zwei eingelegten Schläuchen und

Fig. 13 eine Draufsicht auf ein flachliegendes verzweigtes Schlauchsystem, hergestellt aus zwei Kunststoff-Folien.

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Formkörper weisen jeweils zwei Hohlräume 2 mit kreisförmigem Querschnitt auf.

Fig.4 zeigt einen etwas komplizierteren Formkörper, zusammengesetzt aus Teilen, die in einer Richtung, und aus Teilen, die in zwei Richtungen gekrümmt sind, wobei beide Randpartien einen Hohlraum aufweisen. Aus einer Vielzahl derartiger nebeneinander gestellter Formkörper kann z. B. ein Gewächshaus gebildet werden.

F i g. 5 zeigt ein in zwei Richtungen gekrümmtes Element mit zwei sich in der Mitte kreuzenden Hohlräumen. Die Hohlräume können hierbei an der Kreuzungsstelle entweder ineinanderlaufen oder aber sie kreuzen sich nur und sind durch ein vorher eingelegtes Verstärkungsmaterial voneinander getrennt.

F i g. 6 zeigt einen Hohlraum 3 mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Mittelachse in der Ebene des flächigen Formkörpers liegt, einen Hohlraum 4 mit viereckigem Querschnitt, dessen eine Begrenzungsfläche 5 in der Ebene des Formkörpers liegt, und einen ebenfalls viereckigen Hohlraum 6, dessen Mittelachse etwas aus der Ebene des flächigen Formkörpers herausgelegt ist.

F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Verformungsvorrichtung. Zwischen einem Auflegerahmen 7 und einem Festspannrahmen 8 befindet sich ein mit flüssigem Kunstharz getränktes Fasermaterial 9. eingeschlossen durch die zwei Folien 10 und 11. Zwischen zumindest zwei Lagen von Faserniaierial sind zwei flachliegcnde Kunststoffschläuche 12 eingebend.

Dieses gesamte Laminat läßt sich am einfachsten in bekannter Weise auf flachliegenden Tafeln oder zwischen Walzen herstellen. Man legt hierbei z. B. eine Folie aus Zellglas auf einen flachliegenden Tisch, legt eine Lage Fasermatcrial, z. B. eine Glasfasermatte hierauf, legt dann an den vorgesehenen Stellen zwei flachliegende Kunststoffschläuche z. B. aus Polyamid auf das Verstärkungsmaterial, hierauf wiederum eine zweite Glasfasermatte und tränkt das Ganze mit einem flüssigen Harz z. B. mit Polyesterharz. Dieses Paket wird dann mit einer zweiten Zellglasfolie von oben abgedeckt, wobei die beiden Zellglasfolien über den Rand des Fasermatcrials hinausreichen. Mit Handrollern kann man nun das Harz gleichmäßig verteilen und alle Lufteinschlüssc seitlich herausrollen. Die innenliegendcn Kunststoffschläuche reichen mit ihren Enden über die Zellglasfolien hinaus.

Nachdem das ganze Paket gut getränkt ist. wird es auf der Verformungsvorrichtung gemäß F i g. 7 zvvischon den Auflegerahmen 7 und den Festspannrahmen 8 fest eingespannt. Anschließend wird der luftdicht verschlossene Raum 13 der Verformungsvorrichtung mittels einer nicht gezeichneten Vakuumpumpe durch ein Rohrstück 14 so weit evakuiert, bis das Laminat die gewünschte Form angenommen hat. Dies ist in F i g. 8 dargestellt.

Während das Kunstharz noch flüssig ist, werden nunmehr, wie in F i g. 9 gezeigt, die beiden innenliegenden und durch die Rahmen 7 und 8 hindurchgefühlten Kunststoffschläuche 12 durch Luft oder eine Flüssigkeit so stark aufgeblasen, bis sie die gewünschte Form erhalten. Durch Zuführung von Wärme und durch den Einfluß der dem Harz zugemischten Katalysatoren und Beschleuniger härtet nun das Laminat mit den beiden Hohlräumen aus. Sobald es hinreichend formstabil ist, kann die Vakuumpumpe abgestellt werden, und nach Lösung des Festspannrahmens 8 kann der Formkörper der Verformungsvorrichtung entnommen werden.

Will man ein besonders schnelles Aushärten erreichen. so läßt man durch die Kunststoffschläuche ein warmes Medium wie warme Luft oder Warmwasser oder warmes Öl hindurchfließen.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch die Verformungsvorrichlung 15 gemäß F i g. 7, jedoch mit Anwendung einer Matrize 16 und einer Patrize 18.

Die Vorrichtung 15 enthält eine Matrize 16, die über Bohrungen 17 mit der Vakuumpumpe über das Rohrstück 14 verbunden sind. Nachdem das Laminat zwischen den Rahmen 7 und 8 festgespannt ist, wird durch Inbetriebnahme der Vakuumpumpe durch das Rohrstück 14 das Laminat gegen die Matrize 16 gesaugt. Sobald das Laminat an der Matrize 16 anliegt, wird die Patrize 18 herabgelassen und die innenliegenden Kunststoffschläuche 12 durch ein Druckmedium aufgeblasen, bis sie zur Anlage an Matrize bzw. Patrize kommen. Das so geformte Laminat bleibt so lange in der Vorrichtung, bis es formsteif ist und nach Entfernung der Patrize 18 und des Festspannrahmens 8 aus der Vorrichtung 15 entnommen werden kann.

F i g. 11 zeigt einen Schnitt durch die Rahmen 7 und 8 an den Stellen, wo auch zwei innenliegende Kunststoffschläuche 12 durch die Rahmen hindurchgeführt sind. Damit man in die Kunststoffschläuche durch den Rahmen hindurch ein Druckmedium einfüllen kann, hat der Festspannrahmen 8 zwei Einkerbungen 19. so daß sich die innenliegcnden Kunststoffschläuche beim Aufblasvorgang auch innerhalb des Festspannrahmens etwas ausweiten können.

Wenn man erreichen möchte, daß die Hohlräume auch durch, die Spannrahmen hindurch in einer gewünschten Querschnittsform erhalten bleiben, so benutzt man eine Vorrichtung gemäß F i g. 12. Die Figur zeigt wiederum den Schnitt durch die Spannrahmen 7 S und 8 an den Stellen, an denen Kunststoffschläuche 12 und 12a durch die Rahmen hindurchgeführt sind. Die Ramen 7 und 8 haben Einkerbungen 20 und 21, die der Abmessung der gewünschten Hohlräume entsprechen. An diesen Stellen sind elastische Gummibänder 22 und 23 fest mit den Rahmen 7 und 8 verbunden.

Die Fig. 12 zeigt den innenliegenden Kunststoffschlauch 12 noch in flacher Form, dagegen den Kunststoffschlauch 12a bereits in aufgeblasener Form. Wäh-

rend des Aufblasens geben die Gummibänder 22 und 23 nach, bis sie zur Anlage an die Rahmen kommen. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Laminat überall fest mit dem Spannrahmen 8 gegen den Auflagerahmen 7 gedrückt wird, so daß keine Luft von außen zwischen die Folien 10 und 11 durch die Rahmen 7 und 8 hindurch in das Laminat eintreten kann.

Die F i g. 13 zeigt ein flachliegendes Schlauchsystem 24 vor dem Einlegen zwischen das Fasermaterial 9. Es besteht aus zwei übereinandergelegten Folien, die entlang der Linien 25 miteinander verschweißt worden sind. Die zwischen den so gebildeten flachliegenden Schläuchen liegenden Flächenteile 27 sind herausgestanzt bzw. herausgeschnitten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 529/27

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Steifer, ebener oder gekrümmter flächiger Formkörper aus verstärktem duroplastischen Kunststoff mit zwei gegebenenfalls außen durch Folien abgedeckten Lagen aus kunstharzgetränktem Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Lagen aus kunstharzgetränktem Fasermaterial (9) langgestreckte Hohlräume (2, 3, 4, 6) mit geschlossenem Querschnitt vorgesehen sind.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume einen kreisförmigen, elliptischen, viereckigen oder beliebig vicleckigen Querschnitt aufweisen.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume den Formkörper von einem bis zum anderen Ende durchziehen.

4. Formkörper nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume nur eine gewisse Strecke vom Rande her in den Formkörper hineinreichen.

5. Formkörper nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume über ihre Länge eine;! veränderlichen Querschnitt aufweisen.

6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hohlräume kreuzen bzw. ineinanderlaufen.

7. Formkörper nach einem der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume mit einem Schaummaterial oder einem anderen bindenden oder nicht abbindenden Füllmaterial wie Beton, Sand, Blähton, Schlacken, Steinen u. dgl. ausgefüllt sind.

8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Verwendung von glasfaserverstärkten Polyester- oder Epoxydharzen gebildet ist.

9. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls die beiden Lagen aus kunstharzgetränktem Fasermaterial (9) einschließenden Folien (10, II) und/oder die innenliegenden Kunststoffschläuchc (12, 12/)) aus einem Material bestehen, welches mit dem Kunstharz während oder nach der Aushärtung einen festen Verbund eingeht.

10. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung jedes Hohlraums je ein flachliegender Kunststoffschlauch zwischen die beiden Lagen aus Fasermaterial eingelegt, das so gebildete Laminat mit flüssigem härtbaren Kunstharz getränkt und durch Ausrollen luftfrei gemacht und anschließend auf eine Verformungsvorrichtung aufgelegt und dort randseitig eingespannt wird, und daß der Kunststoffschlauch — gegebenenfalls während oder nachdem das Laminat durch Differenzdruck verformt wird — durch Einführung eines Druckmediums zum Hohlraum aufgeweitet wird, und daß das so verformte Laminat durch Einwirkung von Katalysatoren, Beschleunigern und/oder Wärme formsteif aushärtet.

11. Verfahren nach Anspruch IG zur Herstellung eines gekrümmten Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat vor dem Aufweiten der Kunststoffschläuche (12. 12,-i) gegen eine Matri/.e

gesaugt oder gedrückt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschläuche zwischen Form und Gegenform aufgeweitet werden.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch einen Auflagerahmen (7) und einen Festspannrahmen (8), die jeweils an den Durchführungsstcllen der Kunststoffschläuche eine Einkerbung aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Festspannrahmen (7, 8) Einkerbungen (20, 21) in der Form des gewünschten Hohlraumes aufweist, die durch straff gespannte Gummibänder (22. 23) überbrückt sind.