DE2121643A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilen aus Kunstharz - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilen aus KunstharzInfo
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Description
DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD
DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER
Dipl.-Ing. Selting KÖLN 1, DEICHMANNHAUS
30. 4. 1971
Sg/est
GRILLO-WERKE AG
4l Duisburg-Hamborn, Weseler Straße 1
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilen aus Kunstharz
Zusatz zu DBP (Patentanmeldung P 20 6j5 169.O)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Profilen aus mit Pasern verstärktem Kunstharz,
bei dem die Benetzung des Faserverstärkungsmaterials mit dem flüssigen Harz unter Druck erst vorgenommen wird,
nachdem das Fasermaterial die Pormgebungsstrecke des das Profil bildenden Pormteils eine vorbestimmte Wegstrecke
durchlaufen hat, nach DBP ...(Patentanmeldung * P 20 63 169.O) sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Das im Hauptpatent beschriebene Verfahren bezweckt eine genau-e Festlegung des der Verstärkung dienenden Fasermaterials
vor dem Imprägnieren bzw. vor dem Injizieren des in fließfähiger Form eingegebenen Kunstharzes. Während
bei den vorbekannten Verfahren, bei denen das Fasermaterial zunächst imprägniert und aus dem so vorbehandelten Faser-
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bündel die überschüssige Kunstharzmenge abgepreßt wird, die Festlegung der Kunstharzverstärkung außerordentlich
schwierig ist, weil während des Abpressens in der Regel noch eine Verschiebung der einzelnen Fasern erfolgt,
wird durch das Verfahren des Hauptpatentes erreicht, daß das Fasermaterial bei Bildung des zu härtenden
Profilstranges in vorbestimmter Verteilung und Aufteilung über den Profilquerschnitt verbleibt.
Strangbezogene Profile, gleich welcher Herstellung, mit vorwiegend einachsiger Faserverstärkung neigen beim
W Verschrauben oder Vernieten miteinander oder mit anderen Werkstoffen dazu, in Richtung der Verstärkungsfaser aufzuplatzen,
da zwischen den Faserlagen lediglich die Festigkeit des Harzes erreicht werden kann. Diese nachteilige
Eigenschaft kann durch gleichzeitige Verwendung von Geweben oder Glasfasermatten verbessert werden. Verfahrenstechnisch
sind dem Einsatz derartiger Verstärkungsmaterialien ,-jedoch gewisse Grenzen gesetzt, da das Einziehen
von Matten oder Gewebestreifen in die Form, insbesondere bei Hohlprofilen, erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
Insbesondere gelingt es nicht, diese der Erhöhung der Querfestigkeit .dienenden Verstärkungsmaterialien
k an bestimmten Abschnitten des Profilquerschnittes, dort
wo sie zum Einsatz kommen sollen, gezielt anzubringen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren - des Hauptpatentes so zu verbessern, daß mit ihm Profile
hergestellt werden können, die sich in einfacher Weise durch Verschrauben oder Vernieten miteinander oder mit
anderen Teilen verbinden lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß an mindestens einer ausgewählten Stelle des Profilquerschnittes mindestens eine
zusätzliche, ein geschlossenes Profil bildende Verstärkungswicklung mit in die Form eingezogen wird.
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Das Verfallen des Hauptpatentes bietet eine wichtige Voraussetzung für das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende
Verfahren, denn es eröffnet erst die Möglichkeit, die Fasern oder Fasermaterialien unverrückbar
festzulegen, zu imprägnieren und das Kunstharz zur Aushärtung zu bringen, so daß die Lage, die die einzelnen
Fasern schließlich innerhalb des Profilquerschnittes einnehmen, schon bei der Herstellung vorbestimmt werden
kann. Diese exakte Herstellungsmöglichkeit nutzt die vorliegende Erfindung aus, indem vorgeschlagen wird, daß
an einigen ausgewählten Stellen zusätzliche Verstärkungswicklungen mit eingebracht werden, die jeweils ein geschlossenes
Profil bilden. Nach dem Imprägniervorgang besitzt das Profil im Innern der Verstärkungswicklung
ein Loch, das infolge der besonderen Ausbildung der zusätzlichen Verstärkungswicklung eine besonders hohe
Spreizfestigkeit besitzt. Aus diesem Grunde kann das Loch, z.B. als Verankerung für einen Spreizdübel benutzt
werden. Dreht man eine Schraube in den Spreizdübel ein, so besteht wegen der die öffnung oder das Loch umgebenden
zusätzlichen Verstärkung nicht die Gefahr des Ausbrechens.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden entsprechende rohrförmige Verstärkungen nur an solchen Stellen der;
Profilquerschnittes angebracht, an denen sie tatsächlich benötigt werden. Sie können dabei außerordentlich genau
positioniert werden. Auf diese Weise ist es möglich, Profile herzustellen, die sich in einfacher Weise durch
Nieten oder Schrauben miteinander verbinden lassen. Die Verbindungen können erhebliche Festigkeit besitzen, ohne
J)O ein Ausbrechen des Befestigungsmittels in radialer Richtung
aus der jeweiligen öffnung heraus befürchten zu müssen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die zusätzliche Verstärkungswicklung auf einen Dorn aufgewickelt
und in die Form eingeführt. Man kann hierbei grundsätzlich mit mitgehendem Dorn oder mit feststehendem
Dorn arbeiten. Zur Herstellung kontinuierlicher Profile empfiehlt sich die Verwendung feststehender Dorne, xveil
dann die Dorne nach dem Aushärten des Profiles nicht noch herausgezogen werden müssen.
Die Verstärkungswicklungen können aus mehreren Lagen imtersehiedlich
ausgerichteter Pasern, Bahnen oder Netzen W bestehen. Der Laminataufbau im Bereich des röhrchenförmigen
Querschnitts weicht somit erheblich von dem Laminataufbau des übrigen Profilquerschnittes ab. Die Anzahl und die
Ausbildung der die Öffnung umgebenden Wickellagen hängt von der zu erwartenden Belastung der Verbindungsstelle ab. Normalerweise
ist der Laminataufbau von innen nach außen durch das Zahlenverhältnis 1:1:2 gekennzeichnet, Dies heißt,
daß ca. 25$ des Verstärkungsmaterials als Wickel lagen
vorliegen. Dieser Anteil kann Je nach den Erfordernissen auf 50$ und mehr gesteigert werden. Der übrige Laminataufbau
ist nur von der Funktion des zu erzeugenden Profiles abhängig.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein in den
Formkanal hineinreichender Dorn vorgesehen ist, auf den die zusätzliche Verstärkungswicklung aufbringbar
ist. Auf dem Dorn läßt sich außerhalb der Form an beliebiger Stelle des Profilquerschnittes auf einer durchgehenden,
Faserlage ein Wickel aufbauen, der danach an entsprechender Stelle in die Form eingezogen viird. Die
innerhalb der Form erfolgende Irnnrägnierung durch Injektion,
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kann den Aufbau dieser Wickelstruktur nicht mehr verändern. Mit Hilfe einer derartigen Wicklung lassen sich
im Bereich eines rohrförmigen Querschnitts weitaus höhere Querfestigkeiten erzielen, als dies bei Verwendung von
Geweben oder Mattenstreifen möglich ist. Außerdem entfällt die Notwendigkeit, diese Matten oder Gewebestreifen
aneinanderzustoßen oder sie zu überlappen. Hierdurch würde
nämlich die Gefahr einer ungleichmäßigen Glaskonzentration entstehen. Sind die Durchmesser der aus den Wickeln herzustellenden
Röhrchen sehr klein, so entfällt bei den herkömmlichen Verfahren ohnehin die Verwendung von Matten
oder Geweben, da deren Einführung im imprägnierten Zustand in eine entsprechende Form praktisch nicht gelingt.
Die Möglichkeit, innerhalb des Prafilquerschnittes an der Stelle, an der es gewünscht wird, ein Röhrchen mit
hoher Innendruckfestigkeit zu erzeugen, läßt Verbindungsarten zwischen Profilen untereinander und mit anderen
Werkstoffen zu, die aufgrund des bisher möglichen Laminataufbaus
nicht in Betracht kamen. Ein derartiges Kunst-Stoffprofil besitzt mindestens eine in Längsrichtung
verlaufende durchgehende öffnung. Diese öffnung ist außer
den über den Profilquerschnitt verteilten verstärkenden Pasern, Strängen oder Gewebebahnen mit zusätzlichen,die
Festigkeit der öffnung gegen Spreizbeanspruchung erhöhenden Verstärkungslagen umgeben.
Für derartige Kunstharzprofile ergeben sich zahlreiche
Anwendungsformen. Neben der Möglichkeit, Spreizdübel
einzusetzen, besteht auch die Möglichkeit»scharnierartige Teile herzustellen, in die beispielsweise Niete oder andere
Befestigungselemente eingreifen.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einigen Beispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 bis 4 zeigen den Aufbau einer Fensterverbindung
mit nach dem Verfahren hergestellten Profilen,
Fig. 5 und 6 zeigen einen Rolladen in Draufsicht und in
Seitenansicht,
Fig. 7 zeigt eine LeLterverbindung,
Fig. 8 und 9 zeigen ein Leiterstufenprofil in Seitenansicht und in Draufsicht, teilweise geschnitten,
Fig. 10 zeigt das Schnittbild einer im wesentlichen aus einem Kunststoffrohr bestehenden Zugstange, und
■ Fig. 11 bis 14 zeigen verschiedene Varianten von Verstärkungswicklungen.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage dient der Herstellung faserverstärkter Profile und arbeitet in horizontaler
Richtung. Das übliche Verstärkungsmaterial J in Form
von Strängen, Gewebebahnen oder Faservliesen führt von einem Spulengestell 4 zu einem Formkanal 2. Etwa am Ende des
ersten Drittels des Formkanales 2 ist eine Vorrichtung
zum Injizieren des Harzes vorgesehen. Vor dem Einspritzen des Harzes in den Formkanal wird das Harz erhitzt. Der
Transport geschieht über eine Druckrohrleitung 6, in die noch ein Durchlauferhitzer. 7 eingesetzt sein kann.
Die Druckleitung 6 führt zu dem Einspritzteil 5, das so ausgebildet ist, daß das Harz gleichmäßig von allen
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Seiten des Querschnitts her in die Form eindringt. Zu
diesem Zweck ist innerhalb des Verteilers 5 ein Rohrsystem vorgesehen, das dem jeweils herzustellenden Profil
angepaßt ist. Der in Arbeitsriohtung vor dem Injektionsteil
5 -für das Harz liegenden Formkanal 2a kann unbeheizt bleiben, während der Formkanal 2b hinter der Injektionszone 5 mittels der Heizvorrichtung 11 zum Härten des
Harzes geheizt ist. Die oben beschriebene Anordnung kann auch für vertikale Arbeitsrichtung ausgebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vor dem Formkanal 2 ein Wickeldorn 8 vorgesehen, der in Längsrichtung verfahrbar
sein kann, und auf dem über hier nicht dargestellte Vorrichtungen ein Wickel erzeugt werden kann. Die
Position des Wickeldornes 8 wird so gewählt, daß der Wickel an vorbestimmter Stelle des durch den Injektionsteil
5 vorgegebenen Profilquerschnittes liegt. Da sich die gegenseitige Zuordnung des Verstärkungsmaterials
vor dem Imprägnieren genau festlegen läßt und auch während des Injektionsvorganges keine Verschiebung erfolgt,
behält der auf den Dorn 8 aufgebrachte Wickel 9 innerhalb des Profilquerschnitts seine Lage bei. Es kann also
bei der Herstellung des Profilruerschnittes bereits die genaue Position des Wickels 9 innerhalb des fertigen
Profiles festgelegt werden.
In den Figuren 2 bis 4 .ist eine Profilverbindung dargestellt,
wie sie zur Herstellung von Fenstern verwendet werden kann. Den Profilquerschni^t zeigt Fig. 3. Er
besteht im wesentlichen aus einem Rechteck, dessen eine
Seite 15 über die Kanten hinaus verlängert ist. Zwei
einander diagonal gegenüberliegende Ecken 16, 17 des
Rechtecks 18 sind nach innen hin verdickt ausgebildet,
um gen-ügend Material für die Befestigungslöcher I9, 2o
zu bilden. Die Befestigungslöcher verlaufen in Längs-
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richtung des Profiles und dienen zum Einsetzen der Spreizdübel
21,22, in die Schrauben 23 eindrehbar sind.
Auf dieses Profil ist von oben her ein weiteres Kunststoffprofil 24 aufgesetzt, welches aus einem rechteckigen
Kasten besteht, dessen eine vertikale Wand 25 nach unten
hin verlängert ist. Die Wand 25 liegt unmittelbar oberhalb
der ebenfalls vertikal verlaufenden Wand 15, die zur Aufnahme der Wand 25 teilweise abgeschnitten ist.
Das Profil 24 besitzt an seiner Unterseite Bohrungen 26
von der Größe der Zylinderöffnungen 18,20, so daß der
Spreizdübel 21 teilweise in das Innere des Hohlprofiles 24 hineinragt. Die Schraube 23 wird durch eine entsprechende
Bohrung 27 hindurch von oben her in das Profil 24 eingesetzt und in den Spreizdübel eingedreht. Hierdurch
wird ein Spreizdruck auf die jeweilige Zylinderöffnung 19, 20 ausgeübt, dem diese jedoch aufgrund des verstärkten
Laminataufbaus ohne weiteres standhält. Der Laminataufbau ist in Fig. 3 angedeutet. Die von dem Spulengestell
4 abgezogenen Fasern verlaufen zumeist in Längsrichtung und vermögen nicht die Zylinderöffnungen 19*20 hinreichend
zu verstärken. Die -Zylinderöffnungen sind daher noch zusätzlich mit den Faserwickeln 28 umgeben, die gegebenenfalls
aus mehreren Lagen bestehen können. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schrauben 23 mit beträchtlicher
Stärke angezogen werden können, ohne daß die Zylinderöffnungen 19,20 ausbrechen.
in den Figuren 5 und β dargestellten Rolladenstäbe 30 sind jeweils an ihrem einen Ende 3I etwa rechtwinklig
umgebogen und wulstförmig verdickt und besitzen an ihrem anderen Ende 32 einen bogenförmigen Auslauf, der die wulstförmige
Verdickurig des benachbarten Stabes umgreift. Zwischen den Enden 31,32 sind die Rolladenstäbe aus Festigkeits-
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gründen leicht profiliert.
Beim Zusammensetzen eines Rolladens werden die Stäbe 30 auf gleiche Länge geschnitten, damit sie an den Seiten
glatt abschließen. Es muß verhindert werden, daß die Stäbe 30, die durch Ineinanderschieben der Enden 31,32
miteinander verbunden werden, sich in Stablängsrichtung gegeneinander verschieben. Zu diesem Zweck sind an den
Stabenden Feststellbolzen 33 vorgesehen, die mittels Schrauben 3^ an den wulstförmigen Verdickungen 31 der
Rolladenstäbe befestigt sind. Zu diesem Zweck sind Spreizdübel 35 in die öffnungen ~$6 der Verdickungen 31 so
eingesteckt, daß sie zum Teil an den Seiten des Rolladens herausragen. Auf die herausragenden Teile der Spreizdübel
wird ein Befestigungsbolzen 33 aufgesetzt, der dann durch Einsetzen einer Schraube y\ festgezogen werden
kann. Der Befestigungsbolzen 33 hat eine so breite Auflagefläche, daß er das Herausschieben einer Verdickung
31 aus dem Ende 32 des benachbarten Rolladenstabes verhindert.
Auch hier sind innerhalb des Kunstharzes um die Öffnungen 3^ herum besondere WicleLlagen angeordnet, um
eine hinreichende Festigkeit zum Einsetzen der Dübel zu erzielen.
Fig. 7 zeigt eine LeiterveMndung, die durch das erfindungsgemäße
Verfahren ermöglicht wird. Die Sprossen 4o bestehen aus Strangprofilstücken, ebenso wie die
Leiterholmen 4l, die jedoch auch aus anderem Material, z.B. aus Metall, bestehen können. Die Sprossen 40 besitzen
eine im wesentlichen ebene Trittfläche 42, die
an ihrer Oberseite geriffelt sein kann, um die erforderliehe Rutschfestigkeit zu erzeugen, und deren äußere Enden
4 3 nach unten umgebogen sein können. Die Stufe 4o besitzt
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unterhalb ihrer Längsmittelachse eine längsverlaufende Wulst 44- mit einer ebenfalls längsverlaufenden Zylinderöffnung
45. Auch die ZyI Inder Öffnung -I5 ist mit einem
in das Kunstharz eingebetteten Faserwickel umgeben, so daß es möglich ist, die Sprossen 4o mit Hilfe von (nicht
dargestellten) Spreizdübeln an den Holmen 4l zu befestigen.
Die entsprechende Ausbildung eines Treppen- oder Leiterstufenprofiles
ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Das Profil 50 besitzt eine ebene Trittfläche 51* diesen ihrer
Oberseite geriffelt ist und in eine Wulst 52 ausläuft.
Die Wulst 52 besitzt eine Zylinderbohrung 53, die von
einem mehrlagigen Faserwickel 54 umgeben ist. Zur anderen
Seite hin ist das Treppenprofil 50 rechtwinklig abgebogen und endet über einen Schenkel 52 in einer weiteren Wulst
56, in der eine längsverlaufende Zylinderöffnung 57
vorhanden ist. Auch diese ZyIInderÖffnung ist zum Einsetzen
eines Spreizdübels 58 mit einem mehrlagigen Faserwickel
umgeben.
Die Befestigung einer Treppenstufe an einem Treppenholmen zeigt Fig. 9· Der Holmen 59 besitzt kastenförmiges
Profil, in das die Wülste 52 und 56 durch entsprechende
Bohrungen hineinragen. An der Außenseite des Holmens 59 sind die Wülste mittels Spreizdübel 58 uftd Schrauben 60
verspannt.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeigt Fig. 10. Hier ist eine Zugstange 62, bestehend aus einem Rohrprofil 63, dargestellt, an dessen
Enden Zughaken 64, 65 befestigt sind. Die Befestigung der Zughaken geschieht ebenfalls mittels Spreizdübel 66,67,
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die von beiden Seiten her in das Rohr 62 eingeschoben werden, Die Zughaken 64,65 sind mit Gewindebolzen 68
versehen, die unmittelbar in die Spreizdübel eingedreht werden können. Der Laminataufbau innerhalb des Rohres
62 ist so verteilt, daß in der Nähe der Rohrinnenwand die Verstärkungsmateriallagen dichter sind als in der
Nähe der Außenwand. Auf diese Weise wird erreicht, daß die durch das Einsetzen der Dübel hervorgerufenen Spreizspannungen
schon an der Rohrinnenwand abgefangen werden.
Die vorstehend wiedergegebenen Ausführungsbeispiele sind nicht einmal annähernd vollständig. Sie sollen nur
bestimmte Verwendungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen. Es dürfte ohne weiteres ersichtlich
sein, daß das Verfahren dem Konstrukteur zahlreiche Mög-Henkelten
in die Hand gibt, die mit den bekannten Verfahren nicht geboten werden.
Fig. 11 bis 14 zeigen einige Ausführungsbeispiele von Verstärkungswicklungen im Querschnitt bzw, in aufgebrochenem
Zustand.
Bei der Verstärkungswicklung nach Fig. 11 ist eine innere axial ausgerichtete Decklage 70 von einer reinen Umfangswicklung
71 umgeben. Die Umfangswicklung 71 ist wiederum
mit einer axial ausgerichteten äußeren Decklage 72 abgedeckt,
Während aus der Darstellung a jeweils eine schematische Querschnittsansicht ersichtlich ist, sind in der Darstellung
b die Verhältnisse bei teilweise aufgebrochenen Lagen dargestellt. Die gestrichelten Linien zeigen hier
jeweils den Faserverlauf, während die diagonal verlaufenden unregelmäßigen Linien die Bruchkanten darstellen, an denen
die jeweilige Faserlage zur Veranschaulichung der darunterliegenden Lage abgebrochen ist.
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Fig. 12 zeigt eine Verstärkungswicklung, bei der zwischen zwei axialen äußeren Lagen 73* 76 zwei
Wickellagen 74, 75 übereinander angeordnet sind, die beide
unterschiedlichen Winkelsinn haben. Während die äußere Wicklung 75 im Uhrzeigersinn gewickelt ist, 1st die
innere Wicklung 74 im Gegenuhrzeigersinn gewickelt.
In Fig. 13 sind die Verhältnisse dargestellt, die
sich ergeben, wenn eine innere axiale Decklage 77 von einer Umfangswicklung 78 und diese wiederum von einer
axialen Zwischenlage 79 umgeben ist, während daran anschließend noch eine mit gleichem Wickelsinn wie die
Wicklung 78 gewickelte Umfangswicklung 80 aufgebracht
ist. Als äußerste Verstärkungslage dient die axiale
Lage 81.
Nebeiden bisher beschriebenen Möglichkeiten des Aufbaues
von Verstärkungen, die ausschließlich aus reinem Fasermaterial bestehen, ist es möglich, bandförmige Materialien
zu verwenden. Eine derartige Anwendung ist in Fig. 14
dargestellt, wo auf einer inneren axialen Faserlage 82 und einer darüber angebrachten Umfangswicklung 83 eine
flächig aufgebrachte Zwischenlage 84 angebracht ist, die aus spiralförmig aufgewickeltem Faserband besteht.
Darüber befindet sich die äußere axiale Decklage 85.
Die genannten Kombinationen von Verstärkungslagen stellen nur eine Auswahl derjenigen Möglichkeiten dar, die in
der Praxis bevorzugt zur Anwendung komme? Es sind aber auch zahlreiche andere Ausfünrungsformen möglich.
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Claims (1)
- Ansprüche1 Λ Verfahren zur Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz, bei dem die Benetzung des Faserverstärkungsmaterials mit dem flüssigen Harz unter Druck erst vorgenommen wird, nachdem das Fasermaterial die Formgebungsstrecke des das Profil bildenden Formteils eine vorbestimmte Wogstrecke durchlaufen hat, nach DBP (Patentanmeldung P 20 6j5 I69.O), dadurchgekennzeichnet, daß an mindestens einer ausgewählten Stellemindestens
des ProfilquerschnittsVeine zusätzliche, ein geschlossenes Profil bildende Verstärkungswicklung mit in die Form eingezogen wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die zusätzliche Verstärkungswlcklung auf einen Dorn aufgewickelt und in die Form eingeführt wird.35. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeihnet, da,? die Verstärkungswlcklung aus mehreren Lagen unterschiedlich ausgerichteter Fasern, Bahnen oder Netzen besteht.H. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Formkanal zwischen seinen Enden mit einer Vorrichtung zum Zuführen des Tränkungsharzes versehen ist, und bei der das Verstärkungsmaterial im trockenen Zustand unmittelbar in den Formgebungskanal des Formkanales einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein in den Formkanal hineinreichender Dorn (Π) vorgesehen ist, auf den die zusätzliche Verctärkungswicklung (9) aufbringbar ist.209848/02(H BAD OFUGlNAL
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