DE2230324A1

DE2230324A1 - Rohrfoermiger schichtstoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2230324A1
Application number: DE2230324A
Authority: DE
Inventors: Raymond Francis Carmody
Original assignee: Shakespeare Co LLC
Current assignee: Shakespeare Co LLC
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1973-01-11
Also published as: GB1394084A; NO138278B; FR2142973A1; US3820573A; FR2142973B1; NO138278C; AU4380972A; ZA723511B; AU461279B2; CA957297A

Description

DrPL.-CHEM. DR. ELISABETH JUNG DIPL.-PHYS. DR. JÜRGEN SCHiRDEWAHN PATENTANWÄLTE

MÖNCHEN 40, CLEMENSSTRASSE TELEFON 34 50 67 TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MUNCHEN TELEX 5-29686

21. Juni 1972

U.Z.? II 004 M (My/ Case C/P 216

SHAKESPEARE COMPANY Columbia, South Carolina, V.St-A,

"Rohrförmiger Schichtstoff und Verfahren .zu seiner Herstellung"

Priorität: 22. Juni 1972 / V.St.A. Anmelde-Nr.: 155

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Schichtstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Kunststoffen, beispielsweise aus mit Harz imprägnierten Glasfaserstoffen_{bekannt. Beim Herstellen von bruchfesten, hohlen, rohrförmigen Schichtstoffen ist es bereits bekannt, zunächst eine große Anzahl

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mit Harz imprägnierter Glasfaserstränge oder Glasfasergarne um einen zweckmäßigen Dorn herum anzuordnen, anschließend das Harz zu härten und den Dorn aus dem Aufbau zu entfernen. Meistens erstrecken sich bei zylindrischer Gestalt alle Spinnfäden über die gesamte Länge des Aufbaues. Handelt es sich um einen verjüngten Rohraufbau, so erstrecken sich einige Spinnfäden oder Stränge oder Garne über die ganze Länge des Aufbaus, während andere nur über einen Teil der Länge reichen und dabei am weiteren Ende des Aufbaus anfangen und vor dem engeren Ende aufhören. Sinn dieser Anordnung ist es, die Wandstärke des verjüngten Rohres entweder gleichbleibend oder in Richtung zum engeren Ende hin dünner werdend zu gestalten. Allerdings ist das Anordnen dieser verschiedenen Längen von Strängen oder Garnen um einen Dorn eine mühselige/ zeitraubende, schwierige und teure Angelegenheit.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen relativ kostengünstigen_Λverjüngten, rohrförmigen Schichtstoff sowie ein Verfahren zu dessen wirksamer, einfacher und relativ rascher Herstellung zu schaffen.

Kurz gesagt, bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines verjüngten rohrförmigen Elements ebenso wie auf den nach dem Verfahren hergestellten verjüngten rohrförmigen Schichtstoff bzw. ein derartiges La-

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minat. Das Verfahren wird so ausgeführt, daß der dabei entstehende Schichtstoff eine innere Kernschicht aus imprägnierter Stapelglasseide bzw. Glasstapelfasern hat, die von einer dünnen Hülle oder Schale aus in Längsrichtung angeordneten und mit Harz imprägnierten Glasseidenelementarfäden bzw. monofiler oder polyfiler Glasfaserfäden umgeben ist. Die Anzahl Elementar fäden in der Schale ist so gewählt,^ daß den durch eine Biegekraft auf den Schichtstoff aufgebrachten Zugbelastungen standgehalten wird, während die Dicke der inneren Kernschicht ausreicht, um die durch die Biegekraft ausgeübten Druckhelm vungen aufzufangen.

Das Verfahren sieht folgende Schritte vor* Eine Schicht aus imprägnierter Stapelglasseide oder Glasseidensträngen wird um einen verjüngten Abschnitt eines Dorns angeordnet, eine Vielzahl von mit Harz getränkten oder imprägnierten Glasseidenelemqntarfäden von im wesentlichen gleicher Länge wird über der Schicht aus Stapelglasseide angeordnet, und die dabei entstehende Masse wird komprimiert und gehärtet, um den rohrförmigen Schichtstoff zu bilden. Dann wird der Dorn entfernt, so daß ein hohler, verjüngter, rohrförmiger Schichtstoff entsteht. Gemäß einer Alternativlösung kann auch ein Dorn aus zweckmäßigem Werkstoff in den Schichtstoff verbleiben, so daß ein massiver, nach einem Ende hin dünner werdender Schichtstoff gebildet wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Stapelglasseide auf den Dorn gesprüht, während bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel die

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Stapelglasseide in Form einer Matte vorgesehen wird, die um den Dorn gewickelt wird. Auf jeden Fall ist die Dicke ■ der Schicht aus Stapelglasseide in Längsrichtung des Dorns je nach der gewünschten Konstruktion des endgültigen Schichtstoffes veränderlich.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Schicht aus Stapelglasseide komprimiert, ehe die Längsfäden über dieser Schicht angeordnet werden. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel wird zunächst die Schicht aus Stapelglasseide verdichtet und gehärtet, so daß eine selbsttragende Struktur entsteht, aus der der verjüngte Dorn zurückgezogen wird. Die imprägnierten Eleinentarfäden werden anschließend über dem dabei entstandenen Aufbau angeordnet und gehärtet, um den Schichtstoff zu vervollständigen .

Der gemäß der Erfindung hergestellte Schichtstoff hat einen verjüngten Abschnitt mit einer äußeren Schale aus in Längsrichtung angeordneten parallelen Elementarfäden und einer integralen inneren Schicht aus Stapelglasseide. Die Anzahl der Elementarfäden in der Schale ist gleichbleibend, und jeder Elementarfaden erstreckt sich über die gesamte Länge des Schichtstoffs. Infolgedessen hat das dünnere Ende der Schale eine größere radiale Stärke als das dickere Ende. Um also einen Schichtstoff mit gleichbleibender Dicke zu schaffen, wird die Dicke der Stapelglasseidenschicht in umgekehrtem Verhältnis zur Schale geändert.

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Bei einem Ausführungsbeispiel hat der Schichtstoff eine Bohrung, die sich zum engeren Ende hin erstreckt, so daß ein hohles Rohr entsteht. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist in der Bohrung ein innerer Kern enthalten. Dieser Kern kann von dem Dorn gebildet sein, um den der Schichtstoff ursprünglich hergestellt wird. Auf jeden Fall kann der Kern aus Metall, Kunststoff, einem Schaumstoff oder einem sonstigen Werkstoff bestehen.

• Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Schichtstoff mit einem zweiten verjüngten Abschnitt versehen. Dieser zweite verjüngte Abschnitt hat eine geringere Verjüngung oder Verengung als der erste verjüngte Abschnitt und erstreckt sich vom weiteren Ende des ersten verjüngten Abschnitts weg. Das Ausmaß der Verjüngung im zweiten Abschnitt ist so gering, daß der Dorn, auf dem der Schichtstoff gebildet wird, herausgezogen werden kann. Wenn der Dorn nicht entfernt werden soll, kann dieser zweite Abschnitt zylindrisch gestaltet sein.

Die Schichtstoffe gemäß der Erfindung sind zum Beispiel als Laternenpfähle, Fahnenmasten, Stromleitungsrnasten und dergleichen verwendbar. Bei den Schichtstoffen mit den zwei verjüngten Abschnitten kann der Abschnitt mit der geringeren Verjüngung im Boden eingebettet sein, während der Abschnitt mit der stärkeren Verjüngung sich vom Erdboden aus nach oben erstreckt.

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Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Möglichkeit zum Ausführen des Verfahrens zur Herstellung eines rohrförmigen Schichtstoffs gemäß der Erfindung;

Figur 2 einen Längsschnitt durch einen rohrförmigen Schichtstoff gemäß der Erfindung;

Figur 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Figur 2;

Figur 4 einen Querschnitt ähnlich Figur 3 eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

Figur 5 eine Ansicht eines rohrförmigen Schichtstoffs gemäß der Erfindung mit zwei verjüngten Abschnitten.

Um einen rohrförmigen Schichtstoff herzustellen, wird, wie Figur 1 zeigt, ein Dorn 10, beispielsweise aus Stahl, mit einem verjüngten Abschnitt in einer vertikalen Ebene angeordnet, poliert und gewachst und anschließend mit einem zweckmäßigen Formentrennmittel versehen, wie bekannt. Als nächstes wird Stapelglasseide 11 gemeinsam mit einem zweckmäßigen Harz aus einer an eine hisr nicht gezeigte Quelle angeschlossenen Sprühdüse 12 auf den Dorn 10 so aufgesprüht,

bzw. Lage daß sich eine im wesentlichen gleichmäßige Schicht/13 um den Dorn 10 herum bildet. Das Gemisch aus Fasern und Harz ist so beschaffen, daß es durch die Düse 12 fließen kann und an der Oberfläche des Doms 10 haftet. Anschließend wird die Lage aus . harzgetränkter Stapelglasseide mit einer zweckmäßigen

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Einrichtung, beispielsweise mittels ausgekehlter Walzen oder Kaliberwalzen 14 verdichtet oder zusammengedrückt, die so angeordnet sind, daß sich eine gleichmäßige Verdichtung der Lage 13 ergibt.

Nach dem Verdichten der Stapelglasseidenlage 13 wird eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Spinnfäden aus mit Harz getränkten Glassexdenelementarfaden 15 um die verdichtete Lage 13 herum angeordnet und ihrerseits verdichtet. Die Elementarfäden 15 werden so längs der Lage aus Stapelglasseide gelegt, daß die Elementarfäden 15 eine größere radiale Dicke am engeren Ende des Dorns 10 ausbilden als ara. weiter en Ende. Die Querschnittsfläche der Elementarfäden bleibt also gleich über die gesamte Länge des Dorns 10 hinweg.

Nach dem Anordnen der sich in Längsrichtung erstreckenden Elementarfäden 15 wird ein Band 16 aus Kunststofffaden wie an sich bekannt um die Materialmasse auf dem Dorn gewickelt, und anschließend wird das Harz durch Aufbringen von Wärme gehärtet, wie bekannt. Nach dem Härten wird das Band entfernt und der Dorn 10 herausgezogen, so daß ein fertiger verjüngter rohrförmiger Schichtstoff 17 entsteht.

Wie Figur 2 zeigt, umfaßt der so gebildete rohrförmige Schichtstoff 17 eine äußere Schale 18 aus in Längsrichtung parallel angeordneten Glasseidenelementarfäden 15 und eine innere integrale Schicht 13 aus Stapelglasseide. Außerdem erstreckt sich eine verjüngte Bohrung 19 durch.den

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Schichtstoff 17. Die Schale 18 hat eine Dicke, die sich gleichmäßig umgekehrt zur Verjüngung des Dorns 10 ändert bei gleichbleibender Dicke der Schicht 13 vom weiteren Ende des Schichtstoffs 17 zum Scheitel bzw. engeren Ende, Andererseits kann die Schicht 13 aus Stapelglasseide aber auch so gestaltet sein, daß ihre Dicke gleichmäßig in Richtung zum Scheitelpunkt des Schichtstoffs 17 ab- oder zunimmt, so daß die sich dabei ergebende Abschrägung der Außenfläche der Schale 18 entsprechend verstärkt bzw. verringert werden kann.

Aus Figur 4 geht hervor, daß der Dorn 10 innerhalb des Schichtstoffs 17 verbleiben und einen Kern eines massiven Schichtstoffs bilden kann. '

Anstatt die Stapelglasseide 11 auf den Dorn 10 aufzusprühen, kann auch eine zuvor getränkte Glasseidenmatte um den Dorn 10 gewickelt werden. Ferner können die Schicht 13 aus Stapelglasseide 11 und das Harz nach dem Verdichten mittels der Walzen 14 gehärtet werden. Als nächstes kann der Dorn 10 herausgenommen werden, wobei die Lage 13 eine selbsttragende Struktur bildet, und die sich in Längsrichtung erstreckenden Elementarfäden 15 und Harz können dann, auf die so entstandene Struktur aufgebracht werden. Anschließend können die Verfahrensschritte des Umwickeins der Struktur mit einer Folie oder einem Band und des Härtens ausgeführt werden. Der Vorteil dieses alternativen Verfahrens besteht darin, daß der Dorn 10 weggelassen werden kann, so daß die Handhabung der entstehenden Strukturen

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einfacher ist. Ferner können die Herstellungsverfahren bei in horizontaler Lage angeordneter Struktur statt der teureren und umständlicheren vertikalen Anordnung ausgeführt werden.

Wie Figur 5 zeigt, ist der rohrförmige Schichtstoff 20 mit einem ersten verjüngten Abschnitt A und einem zweiten verjüngten Abschnitt B von geringerer Verjüngung als der 'erste Abschnitt A versehen. Dieser Schichtstoff 20 wird in ähnlicher Weise hergestellt wie oben beschrieben. Dabei wird ein Dorn verwendet, der zwei aneinandergrenzende Abschnitte von unterschiedlicher Verjüngung aufweist. Eine Schicht aus harzgetränkter .Stapelglasseide wird über den beiden verjüngten Abschnitten des Doms gebildet, und anschließend wird eine Anzahl paralleler harzgetränkter Elementarfäden über der Stapelglasseidenschicht angeordnet. Die anschließenden Schritte des Herstellungsverfahrens werden dann wie oben beschrieben ausgeführt und führen zu dem rohrförmigen Schichtstoff 20. Ein Alternativverfahren sieht die Verwendung eines Dornes wie oben mit nur einem verjüngten Abschnitt vor. In diesem Fall wird die Schicht aus Stapelglasseide so aufgebracht, daß zwei Abschnitte mit unterschiedlicher Verjüngung entstehen, so daß die parallelen Elementarfäden einen ähnlichen Profil folgen, wenn sie über der Schicht aus Stapelglasseide angebracht v/erden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Ende am Scheitel des Schichtstoffs entweder offen sein kann, so daß ein vollständiges Rohr gebildet wird, oder durch

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einen entsprechenden Formvorgang über die Glasseide und Elementarfäden hinweg geschlossen sein kann.

Der rohrförmige Schichtstoff gemäß der Erfindung eignet sich zur Herstellung von Rohren in einem ausgedehnten Größenbereich. Beispielsweise kann der rohrförmige Schichtstoff zur Herstellung von Laternenpfählen, Stromleitungsmasten, Fahnenmasten und dergleichen verwendet werden. Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der rohrförmige Schichtstoff beispielsweise eine Länge von ca. 5 m '(17 Fuß) haben, v/obei ein Bereich B von ca. 1,5 m (5 Fuß) Länge im Erdboden eingebettet ist. Die restlichen ca. 3,5 m (12 Fuß) bilden den Bereich A mit stärkerer Verjüngung, der sich über dem Boden erstreckt. Der Außendurchmesser an der Stelle zwischen den beiden Abschnitten A und B, das heißt an der 3,5 m~(12 Fuß) Stelle bzw. in Erdbodenhöhe beträgt ca. 14 cm (5 1/2 Zoll) bei einem Innendurchmesser von ca. 12,3 cm (4 27/32 Zoll). Der Scheitel bzw. das Spitzenende des Schichtstoffs 20 hat einen Außendurchmesser von ca. 10,3 cm (4 1/16 Zoll) bei einem Innendurchmesser von ca. 8 cm (3 5/32 Zoll). Außerdem ist der Prozentsatz paralleler, sich in Längsrichtung erstreckender Elementarfäden auf Erdbodenhöhe 5% der gesamten Querschnittsfläche des Schichtstoffs 20, während er am engeren Ende 19,5% beträgt. Die Wandstärke der Stapelglasseidenschicht ist gleichmäßig und beträgt ca. 8 mm (5/16 Zoll). Die Außenfläche des in den Boden eingegrabenen ca. 1,5 m (5 Fuß) langen Stücks des Schichtstoffs ist nahezu zylindrisch mit nur geringfügiger Verjüngung, die das Herausziehen des bei der Herstellung

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verwendeten Doms erleichtert. Ferner beträgt die Querschnitts fläche der parallelen, sich in Längsrichtung er-

2 streckenden Elementarfäden und des Harzes ca. 511 cm (0,792 Quadratzoll)_y und eine einheitliche Anzahl Elementarfäden erstreckt sich von einem Ende des Schichtstoffs 20 zum anderen.

Gemäß der Erfindung wird also ein einfaches und • rationelles Verfahren zum Herstellen rohrförrniger Schichtstoffe entweder in hohler oder massiver Ausführung geschaffen.

Für die Herstellung eines bestimmten rohrförmigen Schichtstoffs gemäß der Erfindung wird zunächst die Anzahl der für die Schale benötigten Glasseidenelementarfäden festgelegt, die der maximalen Biegebeanspruchung standhalten, der der Schichtstoff bei gegebenem Durchmesser ausgesetzt wird. Anschließend wird die Dicke der Stapelglasseidenschicht

für die entsprechenden rechnerischen Belastungen errechnet. Danach wird
/das Herstellungsverfahren wie oben beschrieben ausgeführt. Die äußere Schale ist also so ausgelegt, daß sie die nötige Biegefestigkeit des Schichtstoffs liefert, während die Stapelglasseidenschicht so ausgelegt ist, daß sie die nötige Druckfestigkeit des Schichtstoffs bietet.

Die rohrförmigen Schichtstoffe gemäß der Erfindung können mit verschiedenen Toleranzbereichen hergestellt werden. Zum Beispiel kann bei gegebenem Durchmesser, gegebener Anzahl an Glasseideneleraentarfäden und gegebener Dicke der Stapelglasseidenschicht der Grad der Verdichtung der Stapelglasseiden-

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schicht unterschiedlich gewählt werden, so daß sich eine Dichte an Stapelglasseide zwischen 15 und 60% der Querschnittsfläche der Stapelglasseidenschicht ergibt. Außerdem kann der Grad der Verjüngung in beliebiger zweckmäßiger Weise unterschiedlich gewählt sein.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1/ Rohrförmiger Schichtstoff mit einem verjüngten Abschnitt, dadurch gekennzeichnet , daß sich eine Schale (18) aus in Längsrichtung angeordneten, parallelen, harzgetränkten Fäden (15) über die gesamte Länge des verjüngten Abschnitts erstreckt, und daß eine innere Schicht (13) aus harzgetränkten Glasstapelfasern (11) integral innerhalb der Schale gebildet ist.
2. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (13) eine einheitliche radiale Dicke in Längsrichtung des verjüngten Abschnitts hat.
3. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Abschnitt sich zu einem Scheitel hin verjüngt, und daß die Schale (18) eine zunehmende radiale Dicke in Richtung zu dem Scheitelpunkt hin hat.
4. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (13) eine abnehmende Dicke in Richtung zum Scheitelpunkt hat.
5. Rohrförmiger Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstapelfasern (11) in einer Matte angeordnet sind.
6. Rohrförmiger Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

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dadurch gekennzeichnet, daß sich vom ersten verjüngten Abschnitt (A) ein zweiter verjüngter Abschnitt (B) erstreckt, der einen geringeren Verjüngungsgrad hat als der erste verjüngte Abschnitt.
7. Rohrförmiger Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch den Schichtstoff eine zentrale, längs verlaufende öffnung (19) erstreckt.
8. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in c;r öffnung (19) ein Kern (10) angeordnet ist.
9. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) aus faserverstärktem Kunststoff besteht.
10. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) aus Schaumstoff besteht.
11. Rohrförmiger Schichtstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) aus Metall besteht.
12. Rohrförmiger Schichtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentsatz an parallelen, sich in Längsrichtung erstreckenden Fäden (15) 5 % der Querschnittsfläche an einer Stelle am weiteren Ende des verjüngten Abschnitts und 19,5 % am Scheitel des verjüngten Abschnitts beträgt.

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13. Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Schichtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem ein Dorn mit verjüngtem Abschnitt in eine vorherbestimmte Stellung gebracht und mit Harz getränktes faserhaltiges Material um den Dorn gebracht, anschließend verdichtet und gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus mit Harz getränkten Glasstapelfasern um den Dorn herum und längs des verjüngten Abschnitts angeordnet wird, daß eine Vielzahl von harzgetränkten Fäden von gleicher Länge über der Schicht aus imprägnierten Glasstapelfasern in Längsrichtung des Doms angebracht wird, und dab die Schicht aus Glasstapelfasern und die Fäden um den Dorn herum zur Schaffung eines rohrförmigen Schichtstoffs verdichtet und gehärtet werden, wobei die mit Harz getränkten Elementarfäden eine Schale um die Schicht aus Stapelglasseide bilden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Glasstapelfasern auf den Dorn aufgesprüht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Glasstapelfasern vor dem Anordnen der Fäden über ihr verdichtet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn zur Schaffung eines hohlen rohrförmigen Elements aus dem gehärteten rohrförmigen Schichtstoff entfernt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß um den Dorn, der einen sich vom ersten verjüngten Abschnitt erstreckenden zweiten verjüngten Abschnitt hat, eine Schicht aus harzgetränkten Glasstapelfasern in seinem zweiten verjüngten Abschnitt angeordnet wird, daß Fäden über der Schicht auf dem zweiten verjüngten Abschnitt angeordnet werden, und daß die Schicht aus Glasstapelfasern und die Fäden über dem zweiten verjüngten Abschnitt verdichtet und gehärtet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß iin Schicht aus Glasstapelfasern:vor dem Anordnen der Fäden über dieser Schicht zur Schaffung eines selbsttragenden rohrförmigen Aufbaus gehärtet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn aus der gehärteten Schicht aus Glasstapelfasern entfernt wird, und daß die Fäden anschließend über der gehärteten Schicht aus Glastape!fasern angeordnet werden.

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