DE2408935A1

DE2408935A1 - Mast und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2408935A1
Application number: DE19742408935
Authority: DE
Inventors: William James Whatley
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-28
Filing date: 1974-02-25
Publication date: 1974-09-05
Also published as: FR2219289A1; BR7401342D0; US3896858A; AU6608174A; AU471443B2; IT1005389B; CA1016334A; FR2219289B3

Description

mein Zeichen: 0268 Pt

WILLIAM JAMES ITOATLEY,

631 South Pontiac Street, Denver, Colorado 80222, USA

Mast und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mast sowie Verfahren zur Herstellung dieses Mastes. Der erfindungsgemäße Mast kennzeichnet sich durch einen Innenkern, welcher aus gewickelten Fäden besteht, und durch eine Außenschicht, die aus anders gewickelten Fäden aufgebaut ist. Der erfindungsgemäße Mast ist sehr stoßfest und besitzt darüber hinaus auch eine hohe Dauerfestigkeit.

Vergleichsweise lange Masten, und zwar in der Größenordnung von mehr als etwa 10 bis 11 m, werden für die verschiedensten Zwecke, insbesondere aber als Träger für Beleuchtungs- i körper verwendet. Derartige längliche Masten müssen üblicherweit se eine hohe Schlag- und Dauerfestigkeit besitzen und darüber ; hinaus auch witterungsbeständig sein. Bisher wurden für diese \ besonderen Zwecke sowohl gewickelte Innenkerne aus Pappe als j auch vorfabrizierte, gewickelte, diskontinuierlich verlaufende j Glasfasern, benutzt, welche mit einem geeigneten Bindemittel j

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aus Kunstharz ο. dgl. getränkt wurden. Diese bekannten Masten arbeiten jedoch für bestimmte Verwendungszwecke keineswegs befriedigend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hast zu schaffen, der hohl ist und sich in der einen Richtung verjüngt, und der entsprechend seinem besonderen Verwendungszweck schnell und einfach so verändert werden kann, daß er allen erforderlichen Größen und Beanspruchungen Rechnung trägt.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Mast zu schaffen, der aufgrund seines besonderen Aufbaues und der Wahl der Materialien außerordentlich stoßfest ist, darüber hinaus eine hohe Dauerfestigkeit besitzt und witterungsbeständig ist.

Der erfindungsgemäße Mast kennzeichnet sich ferner durch einen neuen Innenkern, welcher aus gewickelten Glasfasern u. dgl. besteht, die sich in kontinuierlicher Weise zwischen den beiden Enden des Mastes erstrecken und die bezüglich der Längsachse des Mastes unter einem vergleichsweise spitzen Winkel verlaufen; darüber hinaus ist eine Außendeckschicht vorgesehen, welche aus gewickelten Bändern aus Glasfasern u. dgl. besteht, wobei diese Glasfasern u. dgl. auf dem Innenkern so angeordnet sind, daß sie mit der Längsachse des Mastes einen spitzen Winkel einschließen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Mast hohl und länglich und verjüngt sich an seinem oberen Ende. Er besitzt einen Innenkern, der aus einer Vielf zahl von Schichten aufgebaut ist. Diese Schichten bestehen aus j einzelnen Fäden, welche mit einem Bindemittel, z. B. Kunstharz oder Harz getränkt sind. Die Fäden erstrecken sich dabei in j kontinuierlicher Weise zwischen den Enden des Mastes und sind so angeordnet, daß sie bezüglich der Längsachs· des Mast** einen vergleichsweise großen Winkel, und zwar in der GröBanordnung von etwa 65 bis 85° einschließen. Dabei kreuzen sich die

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aus den Fäden bestehenden, abwechselnden Schichten in entgegengesetzten Richtungen, wobei über den Innenkern eine Deckschicht herumgewickelt ist. Diese Deckschicht aus Bändern, die wiederum aus mit einem Bindemittel, z. B. Harz oder Kunstharz getränkten Fäden aufgebaut sind. Diese Fäden erstrecken sich zwischen den
beiden Enden des Mastes, wobei die Bänder zu der Längsachse des Mastes unter einem vergleichsweise kleinen, also spitzen Winkel von etwa 3 bis 15° geneigt verlaufen. Die Bänder kreuzen sich
dabei abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen. Das Gewicht der gewickelten Außendeckschicht ist dabei größer als das Gewicht des Innenkernes. Nach dem Wickeln der einzelnen Teile werden sie zum Zwecke des Aushärtens erhitzt, so daß sie schließlich eine steife und feste Anordnung bilden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung
noch etwas näher veranschaulicht. Diese zeigt in rein schematischer Weise j

Fig. 1 eine Seitenansicht des sich verjüngenden erfindungsgemäßen Mastes, der als Beleuchtungsträger dient und in senkrechter Stellung in
den Erdboden eingerammt ist,

Fig. 2 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab des
erfindungsgemäßen Mastes, wobei die Außenschichten weggebrochen dargestellt sind, so
daß das Innere des Mastes sichtbar wird,

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt längs der Linie ! HI-III in Fig. 1, ;

Fig. 4 einen waagerechten Schnitt längs der Linie j IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen waagerechten Schnitt im vergrößerten
Maßstab längs der Linie V-V in Fig. 2.

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Die Figur 1 der Zeichnung zeigt einen hohlen längli- _: chen Mast P mit den erfindungsgemäßen Merkmalen. Dieser Mast I dient als Träger für Beleuchtungskörper. Der Mast P steht auf- '■ recht, wobei der untere Teil in den Erdboden eingeramm^ist, der mit dem Bezugsbuchstaben G bezeichnet ist. Der dargestellte Mast besitzt im allgemeinen einen Innenkern, der ganz allgemein mit dem Bezugsbuchstaben A bezeichnet wird, und eine außenliegende Deckschicht, die mit dem Bezugsbuchstaben B angedeutet ist. Der dargestellte Innenkern A ist aus drei, abwechselnden Fadenschichten 11, 12 und 13 aufgebaut. Die Fadenschichten sind kontinuierliehe Glasfasern, wobei abwechselnde Schichten einander überkreuzen und im Winkel von etwa 65 bis 85° zu der Längsachse des Mastes geneigt verlaufen. Die Dicke der einzelnen Fäden und die Anzahl dieser aus den Fäden bestehenden Schichten hängen von den gewünschten mechanischen Eigenschaften des Mastes ab. So ist beispielsweise ein dünner Innenkern dann erwünscht, wenn beispielsweise bei einem Kraftfahrzeugaufprall der Mast zu Bruch gehen soll. Dabei kann am breiteren Ende des Mastes ein aus einer Vielzahl von Schichten bestehender Kern verwendet werden, wenn maximale Biegemoraente aufzunehmen sind.

Die äußere Decklage oder Deckschicht B besteht aus einer Vielzahl von Bändern, die wiederum aus untereinander gegenüberliegenden Winkeln sich kreuzenden Fäden aufgebaut sind, ^: so daß auf diese Weise ein Webeffekt erreicht wird. Dabei sind in der Zeichnung zwei der einander kreuzenden Bänder mit den Be·» zugsziffern 15 und 16 bezeichnet. Diese aus kontinuierlichen j Glasfasern bestehenden Bänder, welche die äußere Deckschicht : oder Decklage B bilden, sind so gewickelt bzw. sind so gLegt, daß sie unter einem Winkel von etwa 3 bis 15° gegenüber der Längsachse des Mastes liegen. Die Anzahl dieser Bänder wird durch die mechanischen Erfordernisse und durch die Größe des Mastes bestimmt. Dieser außenliegende Kern B hat ein Gewicht, welches vorzugsweise etwa 55 bis 85 % des Gesamtgewichtes des Mastes entspricht.

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Der außenliegende Kern B besitzt eine oder mehrere Schutzschichten, welche um den gesamten Kern B herumgewickelt bzw. herumgelegt sind. Wie die Zeichnung deutlich zeigt, ist eine Schicht oder ein Belag 18 vorgesehen, welcher aus einem isothalischen, chemisch widerstandsfähigen Polyesterharz besteht, wobei ferner eine Endschicht oder ein Endbelag 19 vorgesehen ist, der aus einem uräthanartigen Material besteht, welches besonders witterungsbeständig ist.

Wenn der Mast P als Träger eines Beleuchtungskörpers verwendet wird, besitzt er eine angeformte Spitze 21 mit einer Öffnung 22 oder Aussparung zur Aufnahme einer Seilverstrebung, welche in einem bestimmten Abstand vom Bodenende angeordnet und so gelagert ist, daß sie in den Erdboden eingesetzt werden kann. Das untere Ende 23 des Mastes besitzt einen im Querschnitt leicht quadratischen Teil, um einen sicheren Halt in dem Erdboden u. dgl. zu gewährleisten.

Nach einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung dieses aus Glasfasern bestehenden vorbeschriebenen Mastes wird zuerst der Kern A hergestellt. Dabei wird ein aus Cellophan bestehendes Band auf einen zusammenlegbaren, sich verjüngenden Dorn aufgewickelt, der sich in seiner Strecklage befindet. Dabei verhindert das aus Cellophan bestehende Band, daß die Glasfasern und das Harz an dem Dorn festkleben oder haftenbleiben. Das aus Cellophan bestehende Band bleibt dabei an der Innenseite des Innenkernes haften und verbleibt in dieser Stellung als Teil des Mastes. Bei der Herstellung des Innenkernes werden in flüssigem Polyesterharz getränkte Glasfasern so angeordnet, daß ein oder mehrere flache Bänder gebildet werden. Diese Bänder werden dann durch Drehung des Domes auf diesen aufgewickelt, so daß ein jedes Band gegen das benachbarte Band derart anstößt, daß eine kontinuierliche, aus Fäden bestehende Schicht gebildet wird. Dabei liegen die Fäden in der Weise, daß ein vergleichsweise großer Winkel, z. B. in der Größenordnung von 65 bis 80 mit der Längsachse des Mastes eingeschlossen wird. Eine jede

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nachfolgende Schicht wird unter einem entgegengesetzten Winkel angeordnet, so daß sich die abwechselnd übereinanderliegenden Schichten kreuzen. Der auf diese Weise gebildete Innenkern B wird dann bei Temperaturen zwischen 27° C bis 156° C erhitzt, so daß auf diese Weise eine Polymerisation des Polyesters mit nachfolgendem Härten des Innenkernes zu einem sich selbsttragenden Gebilde vollzogen wird.

Nach dem Härtevorgang wird dann der Innenkern B auf einen festen, aus Metall bestehenden Tragdorn aufgelegt. Dieser aus Metall bestehende Tragdorn besitzt eine Reihe von Metallstiften oder Metallzapfen, welche einen parallel zu der Achse des Domes liegenden Ring bilden, wobei diese Zapfen oder Stifte mit dem Dorn fest verbunden sind. Dieser Ring ist dabei ein wenig kleiner als der kleinste Innendurchmesser des Kernes und so angeordnet, daß die Zapfen oder Stifte über das kleine Ende des Innenkernes um etwa 3,8 cm überstehen. Am großen Ende des Innenkernes wird ein aus Abschnitten aufgebauter, im Querschnitt quadratischer Metallring angeordnet. Die Zapfen oder Stifte in diesem großen Ring ragen über das Ende des Innenkernes um etwa 2,5 cm hinaus und stehen unter einem Winkel von etwa 45°. Diese aus dem Dorn, den mit Stiften oder Zapfen ausgerüsteten Metallringen und dem Innenkern bestehende Anordnung wird nun auf eine Wickelmaschine aufgebracht, wobei aus kontinuierlichen Glasfasern bestehende Bänder an dem großen Stiftring oder Zapfenring angebracht werden. Dann wird die Wickelmaschine in Betrieb gesetzt, wobei sich die die Glasfasern und das Harz haltenden Wagen oder Schlitten in Längsrichtung des Domes hin- und herbe- ί wegen, während der Dorn sich dabei gleichzeitig um seine Achse dreht, so daß die Bänder unter einem Winkel von etwa 3 bis 15° relativ zu der Längsachse des Mastes auf den Innenkern aufgezogen werden. Am Ende eines jeden Hubes dieser Wagen oder Schlitl· ten werden sich bewegende Metallarme gegen die Bänder aus Glas-j fasern gedrückt; diese werden auf diese V/eise in die Zapfenringo oder Stiftringe hineingedrückt, wo sie so lange an Ort und Stelle gehalten werden, bis der Mast ausgehärtet ist. Die Anzahl

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der um den Mast herumgeschlungenen Bänder wird durch die Beanspruchung urüdie erforderlichen mechanischen Eigenschaften bestimmt.

Der Mast wird dann der Wickelmaschine entnommen und auf ein Gestell in einem Ofen zum Härten gelegt. Nach der Polymerisation werden die den großen Zapfenring oder Stiftring bildenden Abschnitte oder Teile entfernt. Der Mast zusammen mit dem Dorn wird dann in ein Rüttelgestell eingesetzt und mechanischen Stoßen und Vibrationen ausgesetzt, so daß der aus Glasfasern und Kunststoff bestehende Mast sich von dem Dorn und der den kleinen Ring aufweisenden Vorrichtung löst.

Der Mast wird dann auf ein Drehgestell gesetzt, welches ihn in Drehbewegungen versetzt und zwischen Sprühdüsen bewegt, die ihn mit einem isothalischen Polyesterharz und einem Katalysator beschichten, welch letzterer zur Polymerisation notwendig ist. Nachdem diese Beschichtung ausgehärtet ist, wird der Mast einem Sprühkopf zugeführt, der ihn mit einer letzten Schicht, also Endschicht besprüht. Diese letzte Schicht besteht aus einem uräthanähnlichen Material. Zur Erläuterung seien die Dimensionen und Werte des beispielsweise ausgeführten Mastes gemäß der Erfindung genannt, wobei dieser Mast als Beleuchtungsträger dient:

Gesamtlänge

Gesamteindringungstiefe in den Erdboden

Länge des oberen Teiles des Mastes

Länge des Endteiles des Mastes

Gewicht
Drahteinlauf

7 m
1,2 m
7,6 cm

5,2 cm 22 kg 2,5 cm, 61 cm vom unte- \

ren Ende ausgehend.

Der aus Glasfasern mit einem Polyesterharz als Bindemittel bestehende Mast ist außerordentlich schlag- bzw. stoßfest und besitzt darüber hinaus eine hohe Dauerfestigkeit. Die

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Verwendung eines witterungsbeständigen Geles sowie einer Schicht aus Urethan macht den Mast auch chemisch widerstandsfähig, so daß er gegen chemische Stoffe, z. B. Nebenprodukte von Abgasen, schwache Säuren und Alkalien, Insektenvertilgungsmittel,Düngemittel, Hundeurin, Eisabtausalze und Salzwasser außerordentlich unempfindlich ist.

Der vorstehend beschriebene Mast wurde mehr als 1.476 Stunden lang in einem Atlas-Wettergerät einem Witterungstest unterworfen. Dabei hat sich das äußere Erscheinungsbild des Mastes in keiner Weise verändert; die Druckfestigkeit ist sogar dabei größer geworden. Mechanische Biegeversuche haben ferner gezeigt, daß bei einem Wind mit der Geschwindigkeit von 161 m pro Stunde die Ausbiegung lediglich etwa 5 cm betrug. Soll der Mast gesetzt werden, dann wird er zweckmäßigerweise unmittelbar in den Erdboden eingeführt; man kann ihn im Erdboden aber auch mit geeigneten Kunststoffen einschäumen.

Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es sind vielmehr noch weitere zweckmäßige Verwirklichungsformen möglich und denkbar, ohne daß hierdurch der Rahmen der Grundkonzeption gesprengt wird.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

./Mast, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Innenkern (A) besitzt, welcher aus einer Vielzahl von aus Fäden (11, 12, 13) bestehenden Schichten aufgebaut ist, die sich zwischen den Enden des Mastes kontinuierlich erstrecken und relativ zu der Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel von mehr als 45° verlaufen, daß die abwechselnden Schichten (11, 12, 13) in entgegengesetzter Richtung um die Längsachse des Mastes herumgewickelt sind, daß ferner eine Außendeckschicht (B) um den Innenkern (A) herum angeordnet ist, welche Bänder oder Fäden (15, 16) besitzt, die sich zwischen den Enden des Mastes kontinuierlich erstrecken, daß diese Bänder (15, 16) relativ zu der Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel von weniger als 45° verlaufen, daß die abwechselnden Bänder (15, 16) in entgegengesetzten Richtungen um die Längsachse des Mastes herumgewickelt sind und daß das Gewicht der äußeren Deckschicht (B) größer ist als das Gewicht des Innenkernes (A).
2. Mast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden des Innenkernes (A) relativ zu der Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel von 65 bis 85° geneigt verlaufen, daß die Bänder (15, 16) der Außendeckschicht (B) mit Bezug auf die Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel von etwa 3 bis 15° geneigt verlaufen, daß das Gewicht des außenliegenden Teiles (B) etwa 55 Ms 85 /o des Gesamtgewichtes des Mastes beträgt und daß diese Fäden vorzugsweise kontinuierlich verlaufende Glasfasern sind, welche von einem wärmehärtbaren Polyesterharz zusammengehalten werden-
3. Mast nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- ' zeichnet, daß die äußere Deckschicht (B) mit einer Schutzschicht beschichtet ist, daß diese Schutzschicht eine · Schicht (18) ist, die aus einem chemisch widerstandsfähigen ; Polyesterharz als IsoOhthalsäurederivat besteht, daß diese

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Schicht (18) in unmittelbarer Nähe dpr Deckschicht (B) liegt und daß ferner eine Schicht (19) vorgesehen ist, welche aus einem witterungsbeständigen Material besteht und auf der aus Polyesterharz bestehenden Schicht (18) aufliegt.
4. Mast nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mast in Richtung seines eines Endes verjüngt, und daß der Mast einen angeformten Teil (21) im Bereich des Endes sowie einen Endteil (23) im Bereich des anderen Endes besitzt, wobei dieser Endteil (23) im Querschnitt quadratisch ausgebildet ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Mastes nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Innenkern (A) durch schichtenweises (11, 12, 13) Aufwikkeln einer vorbestimmten Anzahl von mit Harz als Bindemittel behandelten Fäden gebildet wird, wobei diese Fäden bezüglich der Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel von mehr als 45° geneigt verlaufen, daß abwechselnde Schichten (11, 12, 13) um die Längsachse des Mastes herum in entgegengesetzten Richtungen gewickelt werden, daß dann der Innenkern (A) so weit erhitzt wird, daß das Harz polymerisiert wird, daß anschließend daran eine Außendeckschicht (B) in der Weise hergestellt wird, daß eine vorbestimmte Anzahl von mit einem Harz als Bindemittel behandelten Fäden in Form von Bändern (15, 16) um den Innenkern (A) herumgewickelt wird derart, ; daß diese Fäden relativ zu der Längsachse des Mastes unter I einem spitzen Winkel von 3 bis 15° verlaufen, daß die abwech-j sänden Bänder (15, 16) um die Längsachse des Mastes herum | in entgegengesetzten Richtungen gewickelt werden und daß ! schließlich die äußere gewickelte Deckschicht (B) so weitgehend erhitzt wird, daß das Harz polymerisiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden des Innenkernes (A) bezüglich der Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel

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von etwa 65 bis 85° geneigt verlaufen, daß das Erhitzen des Innenkernes (A) zwischen 82° C und 156° C erfolgt, daß die Bänder (15, 16) der Außendeckschicht (B) relativ zu der
Längsachse des Mastes unter einem spitzen Winkel von 3 bis 15° geneigt verlaufen, daß das Erhitzen der Außendeckschicht (B) in einem Temperaturbereich zwischen 82° und 156° C erfolgt, daß die Außendeckschicht (B) mit einer Schicht (18) aus isophthalisehern Polyesterharz besprüht wird und daß
schließlich der Mast mit einer Endschicht (19) besprüht wird, die aus einem uräthanähnliehern Material besteht.

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