DE2520623A1 - FIBER-REINFORCED PLASTICS TUBE - Google Patents

FIBER-REINFORCED PLASTICS TUBE

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DE2520623A1 DE19752520623 DE2520623A DE2520623A1 DE 2520623 A1 DE2520623 A1 DE 2520623A1 DE 19752520623 DE19752520623 DE 19752520623 DE 2520623 A DE2520623 A DE 2520623A DE 2520623 A1 DE2520623 A1 DE 2520623A1
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Description

Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, 28. April 1975 Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, April 28, 1975

Gesellschaft mit BT 012 Hi/thCompany with BT 012 Hi / th

beschränkter Haftung, οολρίίlimited liability, οολρίί

München 7835 ^020623Munich 7835 ^ 020623

Rohr aus faserverstärkten KunststoffenFiber-reinforced plastic tube

Die Erfindung bezieht sich auf Rohre aus faserverstärkten Kunststoffen, die nach dem Wickelverfahren hergestellt sind. The invention relates to pipes made of fiber-reinforced plastics which are produced by the winding process.

FUr bestimmte Anwendungen, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, sind extrem leichte Rohre erwünscht, die trotzdem großen Beanspruchungen, insbesondere auf Knicken, gewachsen seinFor certain applications, e.g. B. in aerospace, extremely light pipes are desired, which can nevertheless withstand high loads, especially on kinks

609846/0212609846/0212

müssen. Für diese Zwecke scheiden Stahlrohre wegen ihres hohen Gewichtes aus und Metallrohre aus leichteren Werkstoffen sind entweder, wie z« B. Aluminium, nicht' biegesteif genug, oder, wie z. B. Titan, zu teuer. Es sind für diese Zwecke bereits Rohre aus Kunststoffen vorgeschlagen worden, die entweder im Wickelverfahren mit Faserverstärkung hergestellt oder auch gegossen und ausgehärtet werden. Bei dem im Wickelverfahren hergestellten faserverstärkten Rohren haben sich solche aus vorimprägnierten Glasfasern, sogenannten Glasrovings, bisher am besten bewährt. Bei radialer Wicklung derselben wird jedoch keine ausreichende Knickfestigkeit erzielt, weil bekanntlich die Fasern ihre höchste Festigkeit in Faserrichtung aufweisen. Werden Kunststoffrohre gegossen und nach dem Gießen ausgehärtet, dann sind sie wegen zu großer Härte nur für bestimmte, insbesondere medizinische Anwendungen, aber nicht für im Maschinenbau übliche Knick- und Biegebelastungen geeignet. Sind sie nicht ausgehärtet, dann sind sie für hohe Beanspruchungen ungeeignet.have to. For these purposes, steel pipes are ruled out because of their high weight and metal pipes are made of lighter materials are either, like aluminum, not rigid enough, or, like e.g. B. titanium, too expensive. It is for For this purpose, pipes made of plastics have already been proposed, either in the winding process with fiber reinforcement manufactured or cast and cured. In the case of the fiber-reinforced Pipes made from pre-impregnated glass fibers, so-called glass rovings, have so far proven to be the best. at Radial winding of the same, however, insufficient resistance to buckling is achieved because the fibers are known to have their have the highest strength in the direction of the fibers. If plastic pipes are cast and cured after casting, then Because of their excessive hardness, they are only used for certain, especially medical applications, but not for mechanical engineering Usual buckling and bending loads suitable. If they are not hardened, then they are for high loads not suitable.

In der DT-OS 1 "908 420 wird zur besseren Ausnutzung der Eigenschaften der glasfaserverstärkten Kunststoffe ein Verfahren zur Herstellung von Rohren vorgeschlagen, bei dem die Faserverstärkung in Form von Zuschnitten von Verstärkungslagen mit einer der Länge der herzustellenden Rohre entsprechenden Breite auf einen Wickeldorn gleicher Länge aufgewickelt werden. Die FaserverStärkungen können dabei z. B. aus Glasfaservlies oder Glasfaser-Rovinggewebe bestehen, die direkt aus einem Glasfaserbehälter nach Durchtränkung mit Kunststoffharz auf den Wickeldorn aufgebracht werden. Dieses Verfahren erzielt bereits eine wesentliche Erhöhung der Biege- und Knickfestigkeit der damit hergestellten Rohre.In DT-OS 1 "908 420, for better utilization of the Properties of the glass fiber reinforced plastics a method for the production of pipes proposed at the fiber reinforcement in the form of blanks of reinforcement layers with one of the length of the pipes to be produced corresponding width are wound onto a winding mandrel of the same length. The fiber reinforcements can thereby z. B. consist of glass fiber fleece or glass fiber roving fabric, which are applied directly from a glass fiber container to the winding mandrel after soaking it with plastic resin will. This process already achieves a significant increase in the flexural strength and buckling strength of the products made with it Tube.

609 8 46/02 12 ORIGINAL INFECTED609 8 46/02 12 ORIGINAL INFECTED

252U623252U623

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rohre aus faserverstärkten Kunststoffen vorzuschlagen, die noch größeren Beanspruchungen gewachsen sind und dabei äußerst geringes Gewicht aufweisen.The invention is based on the object of fiber-reinforced pipes To propose plastics that can withstand even greater stresses and are extremely low Have weight.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandung des Rohres aus inneren auf einen Wickeldorn aufzubringenden Lagen aus flächenhaftem Textilglas und Kohlenstoffasern und aus äußeren radial gewickelten Lagen von Kunststoff- oder Glasfasern besteht.This object is achieved in that the Wall of the tube made of inner layers of flat textile glass and carbon fibers to be applied to a winding mandrel and consists of outer, radially wound layers of plastic or glass fibers.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die inneren Lagen quer zur Längsrichtung des Rohres aufgebracht sind und ihr Aufbau von innen her aus mit Kunstharz vorimprägniertem Glasgewebe (Prepreg), insbesondere gröberer Art, voritnprägnierten Kohlenstoffasern und nicht imprägniertem feinen Glasgewebe ganz oder teilweise besteht·In a further development of the invention it is proposed that the inner layers be applied transversely to the longitudinal direction of the pipe are and their structure from the inside out of synthetic resin pre-impregnated glass fabric (prepreg), especially coarser Type, pre-impregnated carbon fiber and non-impregnated consists entirely or partially of fine glass fabric

Dabei können die vorimprägnierten Kohlenstoffasern durch Auflegen und Pressen mit dem nicht imprägnierten feinen Glasgewebe verbunden und gemeinsam auf dem Wickeldorn aufwickelbar sein.The pre-impregnated carbon fibers can pass through Laying and pressing connected to the non-impregnated fine glass fabric and can be wound together on the winding mandrel be.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung können die äußeren Lagen aus radial gewickelten Kunststoff- oder Glasfasern bestehen, die zu Strängen zusammengefaßt und mit Kunststoff getränkt sind.According to a further feature of the invention, the outer layers of radially wound plastic or There are glass fibers that are combined into strands and soaked with plastic.

Die Erfindung vereinigt in glücklicher Weise die Vorteile einmal von quer zur Längsrichtung aufzubringendem Glasgewebe mit radial zu wickelnden Rovings und zum anderen von Glasfasern und Kohlenstoffasern· Durch die erfindungsgemäßeThe invention fortunately combines the advantages of glass fabric to be applied transversely to the longitudinal direction with rovings to be wound radially and, on the other hand, of glass fibers and carbon fibers · By the invention

6 098^6/021?6 098 ^ 6/021?

1 b 2 U b Ί J 1 b 2 U b Ί J

Kombination der möglichen Aufbauweisen von Rohrwandungen mit den spezifischen Festigkeitseigenschaften von Glas- und Kohlenstoff asern werden von bisherigen Rohren nicht erzielbare Festigkeitseigenschaften sowohl auf Biegung als auch auf Knickung erzielt. Dabei werden die eine hohe Knickfestigkeit erzielenden längslaufenden Kohlenstoffasern durch das Glasgewebe gestützt und von außen her durch die radialen Glas- oder Kunststoffaserrovings zusammengepreßt, wodurch gleichzeitig die Querfestigkeit erhöht wird.Combination of the possible structures of pipe walls with the specific strength properties of glass and carbon fibers are strength properties not achievable from previous pipes in terms of both bending as well as on kinking. The longitudinal carbon fibers, which achieve a high buckling strength, are thereby used supported by the glass fabric and from the outside by the radial glass or plastic fiber rovings pressed together, whereby the transverse strength is increased at the same time.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it

Fig. 1 den Aufbau der einzelnen Lagen einer Rohrwandung undFig. 1 shows the structure of the individual layers of a pipe wall and

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbringena einer oder mehreren Lagen quer zur Längsrichtung des Rohres·Fig. 2 is a schematic representation of the application a one or more layers transverse to the longitudinal direction of the pipe

Eine beispielhafte Ausführungsform eines Rohres 1 hat innen eine Lage aus flächenhaftem Textilglas, insbesondere mit Kunstharz imprägniertem Glasgewebe (Glasprepreg) 2 gröberer Art, darüber eine Lage aus mit Kunstharz vorimprägnierten unidirektionalen Kohlenstoffasern (Kohlenstoff-Prepreg) 3, die durch eine Lage eines feineren nicht imprägniertem Glasgewebe 4 abgedeckt ist. Diese Lagen werden, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, quer zur Längsrichtung auf einen Wickeldorn 5 aufgebracht. Dabei wird so vorgegangen, daß von den Lagen aus Glasgewebe 2 und 4 entsprechend dem Rohrdurchmesser und der Anzahl der aufzubringenden Wicklungen passende rechteckige Stücke ausgeschnitten werden. Zuerst wird die Lage aus dem Glasgewebe 2, ausAn exemplary embodiment of a tube 1 has inside a layer of flat textile glass, in particular with Synthetic resin-impregnated glass fabric (glass prepreg) 2 coarser type, over which a layer of synthetic resin pre-impregnated unidirectional carbon fibers (carbon prepreg) 3, which is covered by a layer of a finer, non-impregnated glass fabric 4. As in Fig. 2 is shown schematically, applied transversely to the longitudinal direction on a winding mandrel 5. The procedure is as follows that of the layers of glass fabric 2 and 4 according to the pipe diameter and the number of to be applied Windings matching rectangular pieces are cut out. First the layer is made from the glass fabric 2

B ü 9 8 /+ fi / 0 ? 1 ?B ü 9 8 / + fi / 0? 1 ?

Glasprepreg,zweckmäßig in ein bis zwei Umwicklungen um den Wickeldorn 5 gelegt. Danach werden die Kohlenstoff-Prepregs 3 in entsprechender Breite auf die Lage aus nicht imprägniertem Glasgewebe 4 aufgelegt und angepreßt, worauf beide Lagen zusammen um den mit der Lage aus Glasgewebe 2 versehenen Dorn 5 ebenfalls quer zur Längsrichtung gewickelt werden. Bei nicht so hoch beanspruchten Rohren oder bei einer ausreichend hohen Anzahl von Wicklungen aus den Kohlenstoff-Prepregs 3 und dem nicht imprägnierten Glasgewebe 4 kann die innere Lage aus Glasgewebe 2 auch ganz entfallen·Glass prepreg, useful in one or two wraps around the Winding mandrel 5 placed. Thereafter, the carbon prepregs 3 are placed in a corresponding width on the layer of non-impregnated glass fabric 4 and pressed, whereupon both Layers wound together around the mandrel 5 provided with the layer of glass fabric 2, likewise transversely to the longitudinal direction will. If the pipes are not subject to such high stress or if there is a sufficiently high number of windings from the Carbon prepregs 3 and the non-impregnated glass fabric 4, the inner layer of glass fabric 2 can also be whole omitted

Auf die verwendeten Lagen werden zum Schluß auf den in eine nicht dargestellte Wickelmaschine eingespannten Dorn 5 ein oder mehrere Lagen 6 einer Radialwicklung aus reit Kunstharz vorimprägnierten Glasfasersträngen (Rovings) aufgewickelt. Diese letzte radiale Wicklungslage 6 festigt die quer zur Längsrichtung aufgebrachten inneren Lagen und erhöht damit insgesamt die Festigkeit und Haltbarkeit des Rohres 1. Das fertig gewickelte Rohr 1 muß darauf noch auf dem Wickeldorn 5 aushärten, wozu es auf etwa 150° C erhitzt und dann abgekühlt wird. Noch vor dem völligen Abkühlen bei etwa 80° C wird das fertige Rohr 1 von dem Wickeldorn 5 abgedrückt, was bei dieser Temperatur ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.Finally, the layers used are placed on the mandrel clamped in a winding machine, not shown 5 one or more layers 6 of a radial winding from riding Synthetic resin pre-impregnated glass fiber strands (rovings) wound up. This last radial winding layer 6 strengthens the inner layers applied transversely to the longitudinal direction and thus increases the overall strength and durability of the pipe 1. The finished wound pipe 1 must be on it still harden on the winding mandrel 5, for which purpose it is heated to about 150 ° C. and then cooled. Before it has completely cooled down at about 80 ° C., the finished tube 1 is made of pressed the winding mandrel 5, which can be done without difficulty at this temperature.

Die erfindungsgemäßen Rohre haben bei einem Volumen-Verhältnis von Kunstharz zu Glas- bzw. Kohlenstoffasern von etwa 50 zu 50 die Festigkeitswerte von besten Stahlrohren. Dadurch, daß die Dichte der Rohre aus faserverstärkten Kunststoffen weniger als ein Viertel derjenigenThe pipes according to the invention have a volume ratio of synthetic resin to glass or carbon fibers from about 50 to 50 the strength values of the best steel pipes. Because the density of pipes made of fiber-reinforced plastics is less than a quarter of that

2 5 2 U 6 2 32 5 2 U 6 2 3

des Stahls beträgt (Mittel etwa 1,85), ergibt sich somit eine auf das Gewicht bezogene über 4-fache Festigkeit gegenüber Stahlrohren. Diese Festigkeitswerte lassen sich noch steigern, wenn man den Glas- bzw. Kohlenstoffanteil vergrößert, was bis etwa 70% durchaus möglich ist· of the steel is (mean about 1.85), the result is a strength based on the weight over 4 times that of steel pipes. These strength values can be increased if the glass or carbon content is increased, which is quite possible up to about 70% .

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims (5)

252U623252U623 Messerschmitt- Bölkow-Blohm Ottobrunn, 28. April 1975Messerschmitt-Bölkow-Blohm Ottobrunn, April 28, 1975 Gesellschaft mit BT 012 Hi/th beschränkter Haftung,Company with BT 012 Hi / th limited liability, München . 7835Munich . 7835 P atentansprüchePatent claims . 1. Rohr aus faserverstärktem Kunststoff, das nach dem Wickelverfahren hergestellt ist, dadurch gekennzeich net, daß die Wandung des Rohres (1) aus inneren, auf einem Wickeldorn aufzubringenden Lagen aus flächehaftem Textilglas und Kohlenstoffasern und aus Mußeren radial gewickelten Lagen (6) aus Kunststoff- oder Glasfasern besteht.. 1. Tube made of fiber-reinforced plastic, which is produced by the winding process, marked thereby net that the wall of the tube (1) from inner, on a winding mandrel to be applied layers of flat Textile glass and carbon fibers and made of musts radially wound layers (6) made of plastic or glass fibers. 2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere T -*r ^n mier zur Längsrichtung des Rohres (1) aufgebracht sinu - Aufbau aus vorimprägnierten Kohlenstoffasern (-, und nicht imprägniertem feinen Glasgewebe (4) besteht·2. Pipe according to claim 1, characterized in that the inner T - * r ^ n mier to the longitudinal direction of the pipe (1) applied sinu - construction of pre-impregnated carbon fibers (-, and non-impregnated fine glass fabric (4) consists 3. Rohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche innere Lage aus mit Kunstharz vorimprägniertem Glasgewebe 'Prepreg) (2), insbesondere gröberer Ar+ angeordnet ist.3. Pipe according to claim 2, characterized in that an additional inner layer of glass fabric pre-impregnated with synthetic resin 'prepreg) (2), in particular coarser Ar +, is arranged. R 0 9 B U fi / 0 / 1 R 9 0 B U fi / 0/1 4. Rohr nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorimprägnierten Kohlenstofffasern (3) durch Auflegen und Preßen mit dem nicht imprägnierten feinen Glasgewebe (4) verbunden und gemeinsam auf den Wickeldorn (5) aufwickelbar sind·4. Tube according to claims 1 and 2, characterized in that the pre-impregnated carbon fibers (3) connected by placing and pressing with the non-impregnated fine glass fabric (4) and jointly on the winding mandrel (5) can be wound up 5. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Lagen (6) aus radial gewickelten Kunststoff- oder Glasfasern bestehen, die zu Strängen zusammengefaßt und mit Kunststoff getränkt, sind·5. Tube according to claim 1, characterized in that that the outer layers (6) consist of radially wound plastic or glass fibers that form strands combined and soaked with plastic, are 609846/0 2 12609846/0 2 12
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8235 Patent refused