DE2035055A1 - Cylinder lashings - with alternating lashing points to join large diameter cylinder units - Google Patents

Description

• Verbindungselement und Fertigungsvorrichtung für vorwiegend unter tängsbeanspruchung stehende Zylinderwände aus GFK.
• Die Festigkeit von GFK-Zylinderwänden in Mantellinienrichtung ist abhängig vom Anteil der längsorientierten Fasern und von deren E-Modul. Hauptsächlich sind daher zwei Forderungen zu erfüllen: Der längsgerichtete Faseranteil muß hoch sein; die Fasern müssen gerade, d. h. am besten vorgespannt eingebettet werden.
• Es ist aus Gründen preiswerter Fabrikation üblich, an dieser Stelle Unidirektionalgewebe einzulegen und durch Umfangswicklung zu fixieren. Dabei nimmt man in Kauf, daß die Rovings leicht wellig aufliegen und sogar beim Wickeln in Umfangsrichtung mehr oder weniger verschoben werden. Der E-Modul in der U.D.-Geweberichtung entfernt sich dementsprechend weit vom Optimum.
• Ferner meidet man U.D.-Gewebe in anteilig großer Dicke einzulegen, da von Natur aus eine Anfälligkeit zu Lufteinschlüssen besteht und die Rutschgefahr nur erhöht wird, Schließlich sind alle Gewebe gegenüber reinen Rovings teuer.
• In der Praxis steht daher der längs orientierte Anteil von Behältern, Rohren und Silos nach Mengenanteil u. Höhe des E-Moduls immer zurück. Zylindrische Formen unter reinem Innendruck rechtfertigen dies z. Teil, während Zylinder, die aus konstruktiven Gründen vorwiegend als tragendes Profil - einschließlich Zugelement - dienen sollen, nach dieser konventionellen Methode Mängel aufweisen. Der niedrige E-Modul in der Längsfaser führt zu Rissen in der Umfangswicklung bei Längnbeanspruchung, Zwei wichtige Anwendungsfälle sollen herausgegriffen werden.
• Die Fertigung großer Segelmasten oder auch Zeltmasten erfordert einen hohen Anteil vorgespannter Längsrovings um die Standfestigkeit gegen Ausknicken und bei ersteren eine gegen Querzug hohe Biegesteifigkeit zu erzeugen. Von Hand eingelegte, ungespannte Längsrovings sind undenkbar.
• Dasselbe gilt für Rohre und Lüftungskanäle, die in großen Abschnitten freitragend verlegt werden sollen. Ein bekannter Extremfall ist das Belüftungsrohr eines Bergwerkschachtes, der bis 750 m lang hängend ausgeführt wird. Die hohe Zugabe lastung darf nicht zu Rissen in der Umfangswicklung führen, da korrosive Feuchtigkeit die Lebensdauer beeinträchtigen würde. Das 2, 5 m im Durchmesser weite Rohr wird mit ca.
• 40 m/Sek. durchströmt und ist von der Turbulenz her einer erheblichen Schwingungsbelastung ausgesetzt. Auch hierfür würde die gebräuchliche Wickelmethode mit eingelegten U.D.-Geweben versagen. Die Einleitung der Zugkrä#te in die Längsfasern der montagefähigen Kanalabschnitte kann außerdem nur durch angeklebte Flanschen teuer bewerkstelligt werden.
• Die Erfindung stellt ein Element dar, das die Einbringung endlos längsgespannter Rovings beliebiger, konstanter Wanddicke ermöglicht, und das gleichzeitig als flanschartiges Montageelement zur Verbindung einzelner Wickelabschnitte untereinander oder mit anderen Bauteilen mit günstigem Schwächungsbeiwert geeignet ist. Das Verbindungselement ist besonders leicht und daher dem Charakter des GFK Produkts angepaßt. Ein vornehmlicher Verwendungszweck ist die überwiegende Längsbewicklung sehr langer Schüsse oder Rohr schüsse in senkrechter Achslage, um Durchhang und Platzbedarf anei-mr speziellen Wickelmaschinen zu vermeiden0 Das Verbindungselement sei an Hand der Zeichnung erläutert.
• Fig. la zeigt einen Schnitt durch die Zylinderwand in Zylindermantelrichtung, Fig. ib Blick auf die innere Zylinderwand ohne die innere Verbindungsplatte.
• Die endlosen Rovings schlingen sich um die obere Bolzenreihe 4 und die untere Reihe 5 (Schrauben mit Spannmutter nach der Montage).
• Die Querschnittsform der Rovings wird durch die profilierte Spannplatte 2 und die auf der Behälterinnenseite flache Spannplatte 1 als starre Begrenzungen in der gewünschten Weise reguliert.
• Die Zylinderenden (obere Bolzenreihe oder nur untere Reihe) sind geometrisch identisch und können deshalb mit den Spannplatten 1 und 2 verbunden werden. Der Wickel- oder Einlegevorgang der Rovings erfolgt wie üblich auf einem Kern, der die innere Spannplatte 1 bereits enthält und als Formhilfe anstelle der Außenplatte 2 die Formscheibe 3 auf dem starr im Kern stehenden Bolzen 3 trägt. Die Forinscheiben mit Bol&en 3 werden nach dem Aushärten entfernt und später bei der Montage zweier Schüsse durch die Spannplatte 2 ersetzt.
• Je 2 benachbarte Formacheiben bilden beim Wickeln einen schmalen Schlitz, durch den die Rovings gezogen werden.
• Fig. 2a und 2b zeigen eine andere Konfiguration, die jedoch auf gleiche Weise mittel8 abnehmbarer Formscheibe 3 gewickelt wird. Die alternierend nach innen und nach außen gekröpften Rovingaugen entstehen jedoch dadurch, daß beim Wickeln noch zusätzlich die Kegelscheibe 8 abwechselnd in- u. außenseitig mit Formschetbe und Bolzen 3 angebracht wird.
• Alle entstehenden Rohrenden sind derart identisch und werden um eine Teilung versetzt zwischen zwei symetrisch profilierten Spannplatten montiert.
• Alle Konfigurationen haben Spannplatten, die als Segmente über nur wenige Bolzen reichen. Die Plattenenden greifen stufenartig ineinander, um Kräfteasymmetrien an dem Nachbarsegment abzustützen. Die Spannplaktensegmente sind ebenso wie die wickeltechnisch bedingten Formscheiben als kostensparende, statisch günstig belastbare Blechstanzteile ausgebildet. Durch diese Leichtbauweise sind sie vor allem geeignet, in korrosionsbeständigen Werkstoffen entsprechend dem Haupteinsatzgebiet von GFK kostengünstig ausgeführt zu werden.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Verbindungselement zur Fertigung vorwiegend längsbeanspruchter Zylinderwände, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die endlos in Mantellinienrichtung geführten Rovings um Bolzen gewickelt werden, die als Zuganker entlang dem Zylinderende senkrecht durch die Wand führen.

2.) Verbindungselement nach Anspruch 1) dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die an dem Zylinderende entstehenden Rovingaugen mit jeweils dem geometrisch gleichen Zylinderende zu verbinden sind. 1. je um eine halbe Lochteilung versetzt mittels beidseitiger bchienenartiger Spannplatten, 2. mit überdeckender Lochteilung, wobei die Rovingaugen alternierend nach innen und außen gekröpft sind, paarweise auf Je einem Bolzen, insgesamt mit beidseitigen schienenartigen Spannplatten.

3.) Verbindungselement nach den Ansprüchen 1.) u. 2.) dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die starren Spannplatten den Wickelquerschnittsverlauf regulieren, 1.) indem zwischen einer profilierten außen und einer flächigen Platte innen das Wickelauge sich konisch in eine konstante Wandstärke verjüngt, 2.) indem zwischen einer profilierten Spannplatte außen und einer Behälterwandmittelfläche, die zugleich Berthrfläche zweier Augen auf einem gemeinsamen Bolzen darstellt, jedes Wickelauge sich konisch in eine konstante Wandstärke verjüngt.

4.) Verbindungselement nach den Ansprüchen 1.), 2.) u. 3.) dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die gekröpften und konisch sich verjüngenden Wickelaugen gefertigt werden, indem die innere Spannplatte zum Wickelkern gehört und die äußere Spannplatte vorübergehend durch Formscheiben mit im Kern befestigten Bolzen ersetzt werden, derart daß die Rovings hinter die Formplatten und durch einen schmalen Distanzschlitz zwischen 2 benachbarten Formplatten hindurch eingelegt werden, und dadurch, daß an einem Zylinderende alternierend symmetrisch gekröpfte Augen gebildet werden (Fig. 2) durch zusätzlich alternierend eingelegte Kegelscheiben 8, die formtechnisch die beim Wickeln fehlende Paars chlaufe ersetzen.

5.) Verbindungselement nach den Ansprüchen 1.), 2.), 3.), 4.) dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erreichung günstigster Schwächungsbeiwerte die Kegelsoheibe 8 zum Einlegen anstelle der fehlenden Paarschlaufe beim Wickeln eine Schlaufenflankenform hat, die aus dem Abdruckbild eines nassen Schlaufenpaares im Zustand des statischen Berthrflächengleichgewichts gewonnen worden ist.

6.) Verbindungselement nach den Ansprüchen 1.), 2.), 3.)9 4.) u.

5.) dadurch g e k e n n z e i e h n e t , daß Zylinderwände von großer Achslänge für vorwiegende Längsbeanspruchung entlang den Mantellinien, beliebig dick und mit konstanter Wandstärke, senkrecht der der Mantellinie ohne Durchhang der Längsrovings und des Wickelkerns mit geringstem Grundflächenbedarf auf einer Spezialmaschine mit endlosen Rovings gewickelt werden können.