DE3006320A1 - Verstaerkte, rohrfoermige struktur und ihr herstellungsverfahren - Google Patents

Verstaerkte, rohrfoermige struktur und ihr herstellungsverfahren

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DE3006320A1
DE3006320A1 DE19803006320 DE3006320A DE3006320A1 DE 3006320 A1 DE3006320 A1 DE 3006320A1 DE 19803006320 DE19803006320 DE 19803006320 DE 3006320 A DE3006320 A DE 3006320A DE 3006320 A1 DE3006320 A1 DE 3006320A1
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Morris S Loyd
Timothy W Mcgann
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    • Y10S464/903—Nonmetal

Description

- 9- 3006320 Dipl-lng.
Q
Patentanwälte		 G. Leiser
Dipl-lng Dipl-Chem
E. Prinz Dr. G. Hauser
Ernsberqerslrasse 19
8 München 60
18. Februar 19
ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION 600 Grant Street
Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.
Unser Zeichen: R 99 2
Verstärkte, rohrförmige Struktur und ihr Herstellungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine rohrförmige Struktur» Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verstärkte, rohrförmige Struktur mit geringem Gei-jicht und auf ein Verfahren su ihrer Herstellungo Eine derartige Struktur hat ein äußeres Metallrohr und eine innere zusammengesetzte rohrf ö riaige Einlage, die mit des Rohr verbunden ist ο
Metallische, rohrförmige Komponenten mit \rerschiedenen Formen, d.h„ rund, rechteckig us·,·;=,, beispielsweise Antriebswellen, Zugstangen, feststehende Achsen, Querträger und Steuerungsmechanismen«, sind normalerweise erforderlich, um ein Drehmoment von einer Kraftquelle auf ein Mittel zu übertragen, um diese Energie in wirksame Arbeit umzuwandeln» Beispielsweise im Fall von üblichen Kraftfahrzeugen oder anderen Fphrzeugen überträgt die Antriebswelle das Drehmo-
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ment von dem Triebwerk oder Wechselgetriebe zu dem Differential, wo es in die Antriebskraft für die Hinterräder des Fahrzeuges umgewandelt wird.
Üblicherweise sind derartige rohrförmige Strukturen, beispielsweise Kraftfahrzeugantriebswellen, aur. Stahl oder ähnlichem kompaktem Material hergestellt und sie haben einen wesentlichen Durchmesser und eine wesentliche Wandstärke, um für die erforderlichen Drehmoment- und Torsionsbelastungen eine ausreichende Festigkeit zu bieten. Das übermäßige Gewicht solcher Wellen erhöht wesentlich die Herstellkosten sowie die Betriebskosten des Fahrzeuges durch Erhöhung des Brennstoffverbrauches des Fahrzeuges. Das übermäßige Gewicht reduziert aber auch die kritische Drehzahl der Welle für Schwingungen und erhöht die Kosten der Welle selbst. Eine Verringerung der Wandstärke der Welle für eine Gewichtsreduzierung stellt keine ausreichende Lösung dar. Eine derartige Welle könnte zwar die Torsionsbelastungen aufnehmen, jedoch reicht die Festigkeit in Längsrichtung nicht für die Anforderungen des Drehmomenbs und der kritischen Drehzahl aus.
Die vorgenannten Bedingungen sind sogar bedeutsamer bei längeren Antriebswellen, beispielsweise bei Antriebswellen für Lastwagen mit langem Radntand bzw. langen Rahmenabmessungen. Wegen der erforderlichen Länge für die Antriebswellen werden zwei oder mehr Antriebswellen verwendet, da das Gewicht/Festigkeitsverhältnis einer einzigen metallischen Antriebswelle zu einer zu niedrigen kritischen Drehzahl führen würde. Die einzelnen Antriebswellen sind durch Stützlager und Rahmenkonstruktionen verbunden. Die Verwendung von Stützlager und Rahmenkonstruktionen erhöht dan Gewicht und die Kosten der gesamten Antriebswelle* durch
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die erforderlichen zusätzlichen Teile und die notwendige Arbeit für ihre Installation.
Um die vorerwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden,sind rohrförniige Strukturen, beispielsweise Antriebswellen, durch Verwendung von zusammengesetzten Materirllcu hergestellt woi'den. Typische derartige Materialien sind aus harzartigem Grundmaterial ausgebildet, das durch Lagen faserförmigen Materials, beispielsweise sogenannte Kevlar-Fasern, Borfasern oder Kohlenstoffasern, verstärkt ist. Jedoch sind derartige zusammengesetzte rohrförmige Teile nicht vollständig zufriedenstellend. Während sie ein geringes Gewicht haben und die Wellenfestigkeit bieten, sind diese zusammengesetzten rohrförmigen Teile unbefriedigend hinsichtlich der Aufnahme von Torsionsbelastungen. Außerdem kann zusammengesetztes Material durch fremde Gegenstände beschädigt werden und es ist Umwelteinflüssen ausgesetzt. In dieser Hinsicht kann ein Beschädigen der Oberfläche des zusammengesetzten Materials durch herumfliegende Gegenstände ein Delaminieren verursachen und eine Unwucht der Welle ergeben. Umwelteinflüsse, beispielsweise durch Feuchtigkeit, chemische Lösungsmittel und Hitze, können ebenfalls ein Delaminieren durch Versagen der verbindenden Klebekrafte in dem Laminat ergeben. Die Verbindung der zusammengesetzten rohrförmigen Strukturen mit den Metallendteilen, beispielsweise für Antriebswellen hat ebenfalls Schwierigkeiten gezeigt. Während die Benutzer von Fahrzeugen, insbesondere von Lastkraftwagen einerseits eine Gewichtsreduzierung des Fahrzeuges begrüßen, sind sie gegenüber sichtbaren nichtmetallischen Austauschgegenständen für Antriebswellen aus Stahl reserviert, und zwar wegen der Beschädigung durch fremde Gegenstände und der Umwelteinflüsse auf die Welle.
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Zum Stand der Technik wird auf die US-PS 3 458 374 verwiesen, die ein Verfahren zur Herstellung eines umflochtenen rohrförmigen Lagers mit einer Einlage aus Polytetrafluorethylen beschreibt. Die durch diese Erfindung ausgebildete rohrförmige Struktur ist ein Kunststofflager,, das um eine Einlage aus Polytetrafluorethylen herum ausgebildet ist.
Die US-PS 4 014 184 betrifft eine Propellerwelleneinlage. Hier ist eine rohrförmige Papiereinlage in die Innenseite einer hohlen zylindrischen Propellerwelle eingesetzt. Die Papiereinlage muß aus flexiblem Material bestehen, um einen elastischen Widerstand für deren radiale Zusammenpressung zu bilden. Die Einlage wird zum Absorbieren und Dämpfen der Propellerwellenschwingungen verwendet.
Die US-PS 4 089 190 beschreibt eine zusammengesetzte Antriebswelle. Die US-PS 3 553 978 beschreibt eine zusammengesetzte Propellerwelle. Diese Welle ist aus einem aus Polyurethan geformten Träger, der Endteile verbindet, und einem zusammengesetzten Rohr hergestellt, das auf der Außenseite des Trägers ausgebildet ist und das mit den Sndteilen in Eingriff steht.
Die US-PS 3 372 462 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Metallrohres mit Kunststoffeinlage. Bei diesem Verfahren wird ein Kunststoffrohr aur Verringerung seines Außendurchmessers erhitzt und dann in ein Metallrohr eingesetzt, dessen Durchmesser für eine Berührung mit dem Auliendurchmesser des Kunststoffrohres verringert wurde. Danach wird die Baugruppe so abgekühlt, daß das Kunststoffrohr sich in einen festen Eingriff mit dem Metalirohr ausdehnt. Die Kunststoffeinlage muß nach der Beschreibung so benutzt werden, daß das Rohr leicht keimfrei gemacht werden
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kann, so daß andere Teile durch ein direktes Aufbringen auf das innere Kunststoffrohr an dem Rohr angebracht werden können, statt an dem Metallrohr befestigt zu werden. Die in der Patentschrift beschriebene Erfindung verfolgt nicht den Zweck, die Kunststoffeinlage zur Erhöhung der Festigkeit der rohrförmigen Struktur in Längsrichtung zu verwenden. In dieser Hinsicht werden die Kunststoffmaterialien, beispielsweise Polyvinylchlorid, das durch Erhitzen im Durchmesser verringert werden kann, im Gegensatz zu einer zusammengesetzten ausgehärteten Einlage verwendet, die aus einer Vielzahl von Lagen eines faserförmigen Materials in einem Grundmaterial aus hartem Harz besteht.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine verstärkte, rohrförmige Struktur zu schaffen, die ein geringen Gewicht hat, trotzdem wirtschaftlich und dauerhaft ist und in der Lage ist, Torsionsüberlastungen aufzunehmen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verstärkte, rohrförmige Struktur zu schaffen, die die Merkmale des geringen Gewichtes und der hohen kritischen Drehzahl kombiniert.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verstärkte, rohrförmige Struktur zu schaffen, die eine innere zusammengesetzte Verstärkungseinlage für ein äußeres Metallrohr verwendet. Es ist ebenfalls ein Ziel der Erfindung, eine verstärkte, rohrförmige Struktur zu schaffen, die eine zusammengesetzte Verstärkungseinlage verwendet, die von außen nicht sichtbar ist und bei der ein Schutz für die Einlage gegen Beschädigung durch Fremdkörper und Umwelteinflüsse geschaffen ist.
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Noch ein Ziel der Erfindung ist es, eine verstärkte, rohrförmige Struktur zu r-chaff en, die die Notwendigkeit bei Lastwagen mit langem Fahrgestell für dip Verwendung mehrfacher Antriebswellen und zugehöriger Verbindung:.-· ml ttel vermeidet.
Es ist noch ein Zirl der Erfi.ndunp:, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen ve rs bark ten , rohrförmigen Struktur zu schaffen.
Gemäß der Erfindung ist eine verstärkte, rohri"örmige struktur und ein Verfahren zu ihrer Herstellung geschaffen. Die Struktur ist gekennzeichnet durch ein Metallrohr mit Inneren und äußeren Oberflächen und durch eine aungehärtete, zusammengesetzte, rohrförmige Einlage in dem Metallrohr. Die Einlage ist durch Klebemittel mit der Oberfläche der· inneren Umfanges des Metal.lrohres verbunden. Die EinInge besteht aus mehreren Lagen aus faserförmigem Material in einem Grundmaterial aus starrem Harz. Die Einlage erhöht die Festigkeit der rohrförmigen Struktur in Längs; rieh tu ng. Bei dem Verfahren zur Ausbildung der Struktur wird ein Laminat; aus mehreren Lagen einen faserfÖrmigen Materin Ls in einem Grundmaterial aus nLchtausgehärtetem Harz ausgebildet. Das Laminat wird um einen flexiblen Dorn gewickelt. Der Dorn mit dem herumgewickelten Laminat wird in ein Metallrohr· mit inneren und äußeren Umfangsf lachen eii'resei.zt. Dar Laminat wird dann mit der inneren Oberfläche der- Kohrcr; durch Aushärten verbunden. Alternativ kann Λ-.ί:- Laminat" vor dem Einsetzen in dar; Rohr ausgehärtet werden und ciaiiti anstatt durch Aushärten auf andere V/r L::ο mit der inneren Oberfläche des Kohrer* v~""buriden werde-u.
And?·ro Ziel«1· und Vorteile der Erfindung ergeben :'ich au:·, der: nachfolgenden fieschr'ei bung und in Vfi-biadufii1; mit der
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Zeichnung. Die; Zeichnung zeigt Ausführutigsbei spiele der Erfindung. In der· Zeichnung sind:
FIg. 1 eine perspektivische Darstellung einer verstärkten, rohrförmigen struktur genriß dor Erfindung in der Form einer- Antriebswelle,
Fig. ?: ein Längsschnitt längr. der Linie II-II --ier i''lg.1,
Flg. -' eine perspektivische ExplcsionsdarsteLlung der· Laminat:·, d.-s die erJViriduni-rrcMir'':'■<:. tinl ripe bildet, viobf-i. tier-en Lagen retr-t-nnü diirger, tel Lt rind, ro daß die Kiehburu" der Fr.se ν α der Lngen dai-ees te Ll I ii;t,
Fig. l\ eine perspektivische Darstellung, die den VerPnhrensschritt des Umwickeins des Laminates um einen flexiblen Dorn bei der Herstellung der Antriebswelle der Fig.1 zeigt,
Fig. b eine perspektivische Darstellung des Laminates, das vollständig um einen flexiblen Dorn und einen Gtiitzdorn gewiekelt ist,
Fig. 6 ein Teil, einer- perspektivischen Darstellung, die den Verfahrensschritt des Einsetzens der Baugruppe des gewickelten Laminats und der Dorne in dar- .äußere Me ta L1 rohr ze igt,
Fig. 7 fin Längsschnitt durch das gewickelte Laminat und die Dorne, ei ie in das äußere Metallrohr eingesetzt r. i. ri'I, und ζ war vor der Ausdehnunp: des fLexibLen Doprur und d'-s Lami'ial.r ,
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Fig. 8 ein Längsschnitt, der den beim Ausbilden der verstärkten, rohrförmigen Struktur verwendeten Verfahrennschritt des gleichzeitigen Aushärtens und Verbindens zeigt, wobei der flexible Dorn so ausgedehnt wird, daß das Laminat zwischen dem flexiblen Dorn und der inneren Oberfläche den Metallrohres zusammengepreßt wird,
Fig. 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung der verstärkten, rohrförmigen Struktur, die die Endteile zeigt, die an dem Metallrohr befestigt werden und
Fig.10 eine perspektivische Darstellung der verstärkten, rohrförmigen Struktur, die den Verfahrensschritt des Anschweißens der Endteile an dem Metallrohr zeigt.
Während die Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, sei bemerkt, daß dien nicht zur Beschränkung der Erfindung auf das Ausführungsbeispiel erfolgt. Es ist im Gegensatz beabsichtigt, alle Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente zu beanspruchen, die in dem Bereich des Grundgedankens der Erfindung liegen und die in den Ansprüchen beansprucht werden. In den Fig.1 und ? ist eine allgemein mit 10 bezeichnete verstärkte, rohrförmige Struktur gezeigt, die der Erfindung entspricht. Die rohrförmige Struktur 10 ist in der Form einer Antriebswelle dargestellt. Die rohrförmige Struktur 10 besteht aus einem Metallrohr 1?, Endteilen 14 und 16 und einer ausgehärteten, zusammengesetzten Einlage 18, die durch Verklebung mit der inneren Oberfläche 25 des Rohres 12 verbunden ist. Das Metallrohr ist als Zylinder dargestellt, jedoch kann es auch Querschnitte verschiedener Formen, bei-
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spielsweise einen Rechteckquerschnitt haben. Das für das Rohr 12 verwendete Metall int Stahl, wenn dieser in ausreichender Wandstärke und ausreichendem Rohrdurchmesser eine ausreichende Festigkeit sowohl gegen Torsion als auch gegen Biegung und einen Schutz gegen eine Beschädigung durch Fremdkörper und einen Schutz gegen viele Umweltzustände, beispielsweise Wärme und Feuchtigkeit, bietet. Während Stahl ein bevorzugtes Material ist, können auch andere Metalle, beispielsweise Aluminium oder Titan verwendet werden. Die Endteile 14 und 16 sind, wie dies später im einzelnen beschrieben ist, an das Metallrohr 12 längs der Bereiche 20 bzw. 22 angeschweißt. Typische Endteile 14 und 16 sind dazu geeignet, mit Kreuzgelenken zur Aufnahme und Übertragung eines Drehmoments zwischen Teilen des Fahrzeugantriebes verbunden zu werden.
Die vorliegende Erfindung verhindert die vorgenannten, beim Stand der Technik auftretenden Probleme durch die Verwendung einer zusammengesetzten Einlage, die das Metall des äußeren Rohres verstärkt. Wegen der durch die Einlage 18 erhöhten Festigkeit in Längsrichtung kann die Wandstärke des Metallrohres 12 verringert werden, falls dies zur Aufnahme der Torsionsbelastungen notwendig ist. Wie oben erwähnt , können die Forderungen der Torsionsbelastung mit einer verringerten Wandstärke des Metallrohres 12 erfüllt werden, wobei die Torsionsbelastungen durch die Sehiveißverbindungen der Endteile 1'4- und 16 mit dem Metallrohr 12 aufgenommen werden. Bedingt durch die verringerte Wandstärke des Metallrohres 12 und die Verivendung einer zusammengesetzten Einlage 18 von geringem Gewicht, wird das Gesamtgewicht der Antriebswelle 10 verringert. Somit ivird für eine bestimmte Länge der Antriebswelle die kritische Drehzahl erhöht. Durch die Erfindung wird es möglich, eine längere Antriebswelle zu verwenden, während die Bedingung
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einer bestimmten kritischen Drehzahl eingehalten wird. Dies kann abhängig von den Forderungen für die Gesamtlänge bei Lastkraftwagen die Notwendigkeit für mehrere Antriebswellen mit der mittleren Stützlagerung und Rahmenkonstruktion hinfällig machen.
Zusammengesetzte Materialien sind normalerweise ein starkes, gewichtsmäßig leichtes, hartes, selbststützendes, flächiges Material, das der Reihe nach aus harzartigem, flächigem Grundmaterial zusammengesetzt ist, welches mit zusammenhängenden, linear ausgerichteten, parallelen Fasern verstärkt ist. Diese flächigen Materialien können aus einer einzelnen Lage oder aus viellagigen Laminaten ausgebildet sein, die danach zu zähen, harten, außerordentlich r.tarken Platten mit oder ohne Wärme aushärten.
So wie ursprünglich ausgebildet, sind diese unausgehärteten, flächigen Materialien flexibel und verformbar, wobei sie plattenförmige Teile bilden, die gewickelt oder auf andere Weine zu verschiedenen Formen umgeformt werden können. Danach werden sie durch Aufbringen von Wärme und Druck zu den zähen, starken Platten von permanenter Form zu Formbeständigkeit ausgehärtet, die eine außerordeutliche Zugfestigkeit und Steifheit besitzen, die auf die zusammenhängende Faserverstärkung zurückzuführen ist.
Gemäß Fig.? wird die Einlage 18 our, einem Laminat von mehreren Platten oder Lagen ausgebildet. In Fig.? ist das Laminat als zwei Platten 7O und 3? dargestellt. Die Platten 7O und 3<° haben eine gleiche Größe und Form und sie werden zu der gewünschten Länge zur Bildung des Laminats gestapelt, wobei das Laminat 18 in der zusammengefügten Form in Fig.^ gezeigt ist. Die Platten ?O und 3? sind aus einem Harz-Grundmaterial ausgebildet, das mit faserförmigem Material in der
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Form von zusammenhängenden, Linear ausgerichteten, parallelen Fasern 34- verstärkt ist. Die Platten 7O und 7P werden miteinander verklebt durch die Haftung des wärmeaushärtbaren Harz-Grundstoffes, der in dem Material selbst enthalten ist, wenn es in der vorlmprägnierten Form verwendet wird, wobei die Verbindung der Platten 30 und 7P während des Aushärtvorganges erfolgt.
Bei der vorliegenden Erfindung muß Rücksicht auf die bestimmte Faserorientierung beim Stapeln der Lagen des Laminates gewonnen v/erden. Günstigste Ergebnisse werden erzielt, wenn die Fasern oder Fäden 34 der Platten 50 und 3? so ausgerichtet sind, daß bei eingesetzter Einlage in die Innenseite des Rohres 12 die Mehrheit der Fasern 34- im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rohres 12 verläuft. Der Grund hierfür ist, daß die durch die Fasern 34- gebildete maximale Festigkeit in der axialen Richtung der Fasern liegt. Auf diese Weise wird eine maximale Festigkeit in Längsrichtung für die Struktur 10 durch die Einlage 18 geschaffen. In Fig.3 sind die Fasern in einer Ausrichtung durch die Pfeile 7>6 und 38 gezeigt. Der Pfeil ^6 zeigt eine Richtung von + 5°* während der Pfeil ?8 eine Richtung von - 5 zeigt. Normalerweise erfolgt dies gegenüber einer Achse, die parallel zu den parallelen Enden 4-0 und 1A-?. der Platten 7O und J>2 verläuft. Der Grund dafür, daß die Fasern 34- der Platten 7O und 72 nicht parallel zueinander unter einer Ausrichtung von etwa 0 verlaufen, liegt darin, daß die Querfaserausrichtung den Fasern 34- der Platte 32 erlaubt, diene der Platte 7O abzustützen, so daß ein Aufrollen des Laminats 18 erleichtert wird, und die B'asern 3^ sind über die Platten 7<0 und 3? gleichmäßig verteilt. Jedoch abhängig von dem Verfahren der Ausbildung der Einlage 18 können die Fasern 7A der Platten 7>0 und 3? eine Ausrichtung von 0° haben. Ein bedeutsamer Faktor liegt darin, daß
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die Mehrheit, normalerweise wenigstens 80% der Fasern JA eine Ausrichtung haben, die im wesentlichen parallel, d.h. innerhalb 10 zur Längsachse des Rohren 12 verläuft. Es kann wünschenswert sein, einen geringen Teil der Fasern, d.h. 10% unter einer Ausrichtung von etwa 90° zu haben, d.h. im wesentlichen in Umfangsrichtung um die Einlage 18 ausgerichtet, nachdem die Einlage 18 in dem Rohr 12 befestigt ist. Dies macht die zusammengesetzte Einlage 18 hinsichtlich der Wärmeausdehnung mit dem Metallrohr 12 verträglicher. Beispielsweise kann eine schmale Platte oder eine Mehrzahl von schmalen Platten nsit 90 Faserausrichtung sandwichartig zwischen den Platten 30 und 32 angeordnet werden.
Gemäß Fig.2 hat die Einlage 18 eine veränderbare Wandstärke, wobei die Einlage 18 von der Mitte zu ihren Enden, spitz zuläuft. Dies ist grundsätzlich bedingt durch die in der Draufsicht trapezförmige Form der Platten 30 und 32 und durch das Aufwickeln des Laminates 18 um einen Dorn 52 gemäß Fig.4 und 5· Dies ergibt eine Verringerung der überlappten Länge des Laminates 18, wenn es gerollt wird, d.h. daß mehr Wicklungen des Laminats 18 zu ihrer Mitte hin vorhanden sind. Der Grund hierfür ist, wie am besten in Fig. 5 und 7 erkennbar ist, daß der äußere Umfang der Einlage 18 durch Klebung mit der inneren Umfangsflache des Rohres 12 über die Windungen des Laminats verbunden werden. Dies verteilt die Schälkräfte, die danach streben, die Einlage 18 von der Metallrohroberfläche 25 über das Laminat 18 zu trennen und vermeidet wesentlich die Scherkräfte, die ebenfalls dazu neigen, die Einlage 18 von der Oberfläche 25 abzulösen.
Zur Bildung der Festigkeitsverstärkung in Längsrichtung für das Metallrohr 1? mit verringerter Wandstärke ist es
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von Bedeutung, die Art des zusammengesetzten Materials zu berücksichtigen, das für die Platten 7O und 7-2 und insbesondere für die Fasern 7>4 verwendet wird. Das Harz-Grundmaterial kann von beliebiger Art ε-ein und wird normalerweise ein Polyamid- oder Epoxy-Material sein. Bei der Auswahl des zusammengesetzten Moteripln für die Einlage 18 sollte die nachfolgende Bedingung -.'!'füllt sein, nämlich:
EL E
worin L und T Abkürzungen für die Einlage (liner) bzw. das Rohr (tube) sind» D bedeutet die Dichte und E bedeutet den Elastizitätsmodul in Längsrichtung. Von Bedeutung ist hier, daß die vergrößerte Festigkeit in Längsrichtung für das Metallrohr 12 mit das Gewicht oder die Dichte der Antriebswelle 10 geringer erhöhenden Mitteln erreicht wird als bei entsprechender Erhöhung der Wandstärke des Metallrohres 12. Das bedeutet, daß pro Gewichteinheit mit der zusammengesetzten Einlage mehr Festigkeit hinzugefügt wird als mit dem Metall des Rohres 12»
Im günstigsten Fall hat das faserförmige Material einen Elastizitätsmodul in Längsrichtung, der größer ist als der für das Metall des Metallrohreso Unter solchen Umständen entspricht der Elastizitätsmodul für die Einlage normalerweise etwa dem des Metallrohres. Der Vorteil in der Verwendung von Fasern mit hohem Elastizitätsmodul liegt darin, daß weniger Lagen für die Einlage 18 erforderlich sind, um die benötigte Festigkeitsverstärkung in Längsrichtung zu erreichen. Das bedeutet, daß die Kosten und das Gewicht der Einlage verringert würden. Fern ei' sei darauf hingewiesen, daß ein zu
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niedriger Elastizitätsmodul für die Einlage 18 en notwendig machen würden, daß der Einlagedurehmerner größe-r würd£ als der Innendurchmesser des Rohres 1-"1 oder dai er keine ausreichende Freiheit zum Einsetzen der Ein 1.ag° 18 Ln das Rohr 1? läßt. Einige geeignete Fasern -'·'! sind Lm nachfolgenden in Tabelle 1 aufgelistet, wobei das M"t?,l ι für i-ir- Rohr 1° Stahl ist.
Tabelle I
Fasern Hers bei ler E1 ar t iv, i bätnmodul
Kg/r.irl? ~ps L ) -.· · .-Anrabf-n
Pitch 50 Union Garbide -',S5 " IC'1 i'jO χ 1O(\)
Pitch 75 Union Garbide S,?r] χ W , 7". χ 1ÜL')
Pan 50 Union Garbide '"»-'2 χ 10' ν 50 χ 10 'j
AS-1 Hercules Gorp. 2,25 - 2,4b :: K'/"
C-''V-/r? x 106J
Während in der vorgenannten TabelLe nur Graphit fanern aufgelistet sind, können auch andere Fanern benutzt werden, beispielsweise Fasern aus Bor oder nogenanritf-rn Kevlar. Stahl hat einen ELast izitätsmodul von ca. ■'y0:\ χ 10 Kg/cm (29 x 10 psi) in Längsrichtung, in ,jedem der vorgenannten Fälle ist der ELar.t izitätsmoduL in Längs richtung der. faserfÖrmigen Materials größer als der· für· den Gtahl des MeLaLlrohres 12. Wenn jedoch die Fasern in den Harz-Grunds toff eingebracht sind, ist der Elastizitätr.moduL für die Einlage 18 gegenüber den vorgenannten Werten verringert. Die Tabelle 2 gibt den Elastizitätsmodul für einige der vorgenannten Fasern in einem Epoxy-Laminat und die Dichte des !,nminats an.
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Tabelle Π
Fasern Elastisitätsmodul der, Laminats Lnmiriatdichte
Kg/cm ,[1,'L) cn.-Ang-iben g/.Mii-' (,pol)
cΊ.-Angaben Pitch 50 2,0 υ 10■' ('8 χ 10 ) I',',:' (0,062)
Pitch 7;> '·,·'!-;■, ■"■ x '°6 W-W χ 10°) r,V' (0,062)
AC-I 1 ,"-'-I ,'4 χ -10° (18-T')x i0fl) -Η',,1 (0,058)
Stahl hat eine Dichte von ca. 7»87' g/cm ; (0,,"'87 pounds per cubic inch).ALn ein Beispiel für die vorgenannte Verhältnisangabe .sei angegeben für die Pitch 50-Faser in einem Epoxy-Laminat ST zu Dr entspricht 4,5? χ 10 . Dies ist größer als
Jj U q
das Verhältnis von ET zu D,„ für Stahl, was 1,0.' χ 10 ergeben würde. Normalerweise ist das Einlagenverhältnis wenigstens 400% größer als das Metallverhälbnis.
Der Fig..71 kann entnommen werden, daß die End teile 14 und 16 mit dem Metallrohr 12 verschweißt sind, wobei die Einlage 18 auf der Innenseite des Metallrohres 12 vorgesehen ist, so daß die Einlage 18 eingeschlossen ist. Die Außenfläche der Antriebswelle 10 besteht insgesamt aus Metall. Damit ist die zusammengesetzte Einlage 18 von außen nicht sichtbar und gegen Beschädigung durch Fremdkörper geschützt, wie beispielsweise durch Projektile, die die Antriebswelle treffen können und dxirch Umwelteinflüsse, beispielsweise Wasser sowie im geringeren Maße gegen Hitze, die eine Delaminierung der Einlage 18 und eine Trennung der Einlage 18 an der Verbindungsstelle verursachen könnte. Es sei auch bemerkt, daß durch die Verwendung von nichtmrtal1ischem Material für die Einlage 18 festgestellt worden ist, daß die Schwingungen der Ant ri ebswe1L e gedämp ft we rden.
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Die verstärkte, rohrförmige Struktur 10 kann in vorteilhafter Weise, wie nachfolgend beschrieben, ausgebildet werden. Gemäß Fig.?, Ί und E) werden die unam-gehärteten Platten Z-O und 72 zu einem Laminat 18 ausgebildet, in dem unausgehärteten Zustand sind die zusammengehe t;strn Flatten 50 und *,2 vollständig flexibel und verformbar, hir-s erlaubt es der Einlage 18, daß sie in eine rohrfürnüge Form gerollt wird, wie dien in Fig.4 und 5 gezeigt ist. In Fig.4 ist das Laminat 18 dargestellt, während es um einen hohlen, zylindrischen, flexiblen Dorn ^? auf einer flachen Oberfläche, beispielsweise auf ein^m Tisch 60 gerollt oder gewickelt wird. Der Dorn 5 2 int vorzugrr.veise aus Silicon-Gummi oder anderem entsprechend flexiblem Material hergestellt. Das Laminat 18 wird um den Dom 5° gewickelt, so daß durch die Art der Wicklung und der im wesentlichen trapezförmigen Form des Laminats 18 (in der Draufsicht im ungewickelten Zustand oder mit anderen Worten in der Form der Grundflächen des Laminats in ungewiekeltem Zustand) sich eine rohrförmige Struktur mit einer veränderlichen Wandstärke für das Laminat 18 ergibt. In einem typischen Wickelvorgang des Laminats 18 haben die äußeren Enden eine Dicke von vier Lagen, während der Hittelabschnitt achtundzwanzig Lagen dick ist. Normalerweise wird vor dem Wickelvorgang der flexible Dorn 52 um einen hohlen zylindrischen Gtützdorn 5/4 so angeordnet, daß der Dorn aA eng und koaxial in die Bohrung des Dorns 52 paßt. Der Stützdorn 5/} ist vorsugnwei oe aus Festigkeitsgründen aus Metall hergestellt. Zur Verbindung mit den Enden des Dorn? [~Λ sind an den Enden Fittings 56 und 58 vorhanden. Der Endfitting 56 dichtet dan Ende des Bornes 54 ab, während der Endfitting [38 eine Bohrung, hat, die oine Verbindung mit einer Leitung 86 sum Anschluß an ein unter Druck stehendes fließfähiges Medium, norm?-.] < - v\-:r- i .u- Luft,
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für die Innenseite des Domes 5^ erlaubt. Das vollständig gewickelte Laminat 18 ist in Fig.5 dargestellt.
Vor dem Einsetzen der allgemein mit 65 bezeichneten Baugruppe in das Rohr 12, wobei die Baugruppe aus dem gewickelten Laminat 18, dem flexiblen Dorn 52, dem metallischen Stützdorn 5^ und den Endfittings 56 und 58 besteht, wird die äußere Oberfläche des rohrförmig gewickelten Laminats 18 mit einem nicht dargestellten Klebstoffilm bedeckt, der normalerweise aus dem gleichen Material wie der für das Laminat verwendete Harz-Grundstoff besteht, nämlich Epoxy. Dies ist ein freigestellter, aber erwünschter Verfahrensschritt, da der Harz-Grundstoff in dem Laminat selbst während des Aushärtens als ein Klebemittel zur Verbindung der Einlage 18 mit dem Rohr 12 dient, jedoch zusätzliches Klebemittel auf der Verbindungsoberfläche erhöht die Festigkeit der Verbindung. Der Film wird dann vorzugsweise mit einer Substanz behandelt, die eine Zeitlang die Klebbarkeit der Klebebeschichtung verringert. Ein Beispiel einer derartigen Substanz ist ein pulverisierter Stoff, der in der englischen Sprache mit "Cab-O-Sil" bezeichnet ist. Diese Substanz wird in günstiger Weise von der Klebebeschichtung während des Aushärtprozesses ohne eine nachteilige Beeinträchtigung der Verbindungsqualität absorbiert. Vor dem Einsetzen der Baugruppe 65 in das Rohr 12 wird die innere Oberfläche 25 des Rohres 12 mit einem Primer beschichtet. Ein derartiger Primer erleichtert die Verbindung der zusammengesetzten Einlage 18 mit dem Metallrohr 12 und schützt das Metall gegen Oxydation während des Verfahrensschrittes der Verbindung. Ein Beispiel für einen derartigen Primer ist ein solcher, der unter der Bezeichnung 3M EC3917 von der Firma Minnesota Manufacturing and Mining Corporation vertrieben wird. Der Primer kann durch Aufsprühen auf die Oberfläche
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oder durch Benetzen der Innenseite des Rohres 12 durch ein Bad und dgl. aufgebracht werden.
Fig.6 zeigt den Verfahrensschritt des Einsetzens der Baugruppe 65 in das Metallrohr 12. Die Durchmesser der Dorne 52 und 54 sind so, daß der Außendurchmesser des gewickelten Laminats 18 an seinem dicksten Punkt etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Metallrohres 12. Dies stellt sicher, daß die gesamte Baugruppe 65 ohne Klemmen in das Rohr 12 eingesetzt werden kann. Die Baugruppe 65 wird vorzugsweise in senkrechter Richtung in das Metallrohr 12 eingesetzt, da dies ein Minimum an Berührungsdruck zwischen der Klebstoffbeschichtung der Einlage 18 und der mit Primer behandelten Oberfläche 26 des Rohres 12 ergibt. Üblicherweise erfolgt dies durch die Verwendung eines in senkrechter Richtung arbeitenden, nicht gezeigten Krans oder Flaschenzugs, der mit einem abnehmbaren Haken 72 an einer öse 70 angreift, die normalerweise einen Teil des Endfittings 56 bildet. Fig. 7 zeigt die Baugruppe 65, wie sie in das Innere des Rohres 12 eingesetzt ist.
Fig.8 zeigt das Verbinden oder gleichzeitige Aushärten und Verbinden der Einlage 18 mit der Oberfläche 25 des Rohres 12. Der Stützdorn 5/+ besteht vorzugsweise aus Metall und er hat eine Mehrzahl von öffnungen 80 in seiner Oberfläche, die auch in Fig.7 gezeigt sind. Der Endfitting 58 hat einen zylindrischen Flansch 82 an seinem einen Ende. Eine Gewindebohrung 84 ist an dem Flansch 82 vorgesehen. Dies erlaubt eine Verbindung mit einer in Fig.7 gezeigten Leitung 86, die ein vorstehendes Ende 88 hat. Das vorstehende Ende 88 ist auf der Außenseite mit einem Gewinde versehen zur Verbindung mit dem Innengewinde 84. Die Leitung 86 ist mit einer nicht gezeigten Quelle eines unter Druck stehen-
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den fließfähigen Mediums verbunden. Abschlußhülsen 90 und 91, die den flexiblen Dorn 52 gegen den Stützdorn 5^ abdichten, sind um die Enden des flexiblen Dorns 52 angeordnet, die von den Enden des Metallrohrs 12 vorstehen. Die Abschlußhülsen 90 und 91 werden angrenzend an die Enden des Rohres 12 so angeordnet, daß während der Ausdehnung des flexiblen Dorns 52 kein Spalt zwischen den Abschlußhülsen und den Rohrenden entsteht. Ein solcher Spalt würde es dem Gummischlauch ermöglichen, sich durch den Spalt auszudehnen, wodurch eine Beschädigung des Dornes 52 auftreten könnte. Um sicherzustellen, daß die Abschlußhülsen 90 und 91 ihre Abdichtung aufrechterhalten und nicht von den Rohrenden weggeschoben werden, sind in der Hülse 90 Schrauben 92 und 93 sowie in der Hülse 91 Schrauben 9^- und 95 vorgesehen. Die Schrauben 92 und 94- sind miteinander durch einen Metallstreifen 100 verbunden. In gleicher Weise sind die Schrauben 93 und 95 durch einen Metallstreifen 102 miteinander verbunden. Die Streifen 100 und 102 verhindern eine Längsbewegung der Abschlußhülsen 90 und 91 voneinander weg. Dichtringe oder O-Ringe 110 und 112 werden ebenfalls verwendet, um eine Abdichtung des flexiblen Dorns 52 gegenüber dem Dom 54- sicherzustellen. Der O-Ring 110 paßt zwischen den Dorn 52 und die Hülse 90, während der 0-Ring zwischen den Dorn 52 und die Hülse 91 paßt. Die Hülsen 90 und 91 können über die O-Ringe 110 bzw. 112 bei Raumtemperatur wegen der vorgesehenen losen Passung angeordnet werden. Jedoch während des bei erhöhten Temperaturen stattfindenden Aushärtens und Verbindens wird der Gummi der O-Ringe 110 und 112 heiß, so daß er sich ausdehnt. Die Ausdehnung dichtet die Passung der O-Ringe 110 und 112 zwischen den Abschlußhülsen und dem flexiblen Dorn 52 ab, um dadurch die Abdichtung herzustellen. Diese Art von Dichtung ermöglicht es, daß der flexible Dorn 52 sich in seiner Länge ohne Verwerfen seiner inneren Wände ausdehnt.
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In vorteilhafter Weise härtet die Einlage 18 aus und verbindet sich gleichzeitig mit der Oberfläche 25 des Rohres 12. Durch das gleichzeitige Aushärten und Verbinden ist gemeint, daß das Laminat 18 aushärtet, während es gleichzeitig mit der Oberfläche 25 sich verbindet. Eine alternative Ausfiihrungsform wäre, daß das Laminat oder die Einlage 18 normal vor dem Einsetzen in das Rohr 12 aushärtet und dann die ausgehärtete Einlage 18 mit der Oberfläche des Rohres 12 verbunden wird. Dies ist jedoch nicht bevorzugt, da ein gesonderter Verfahrensschritt erforderlich ist und die Passung und somit die Verbindung der Einlage 18 mit der Oberfläche 25 nicht so gut erfolgt, wie durch das gleichzeitige Aushärten und Verbinden. Während des gleichzeitigen Aushärtens und Verbindens wird die Gesamtanordnung, wie sie in Fig.8 gezeigt ist, in einem nicht gezeigten Aushärteofen angeordnet, in dem die Temperatur bis zu der Aushärtetemperatur erhöht wird. Die Aushärtetemperatur liegt normalerweise in dem Bereich von ca. 121° C bis ca. 316° C (25O°P bis 6000I1) und vorzugsweise bei ca. 177°C (3500F) für ein Graphit-Epoxy-Laminat. Wenn die Baugruppe auf die Aushärtetemperatur erhitzt ist oder gleichzeitig mit dem Erhitzen wird in den Dorn 5^ ein unter Druck stehendes fließfähiges Medium eingeleitet. Dieser Druck liegt normalerweise in dem Bereich von ca. 3>2 kg/cm bis ca. 7>O
kg/cm (45-100 psi). Vorzugsweise wird jedoch Preßluft bei ca. 6 kg/cm (85 psi) verwendet. Die Preßluft innerhalb des Domes 5^ geht durch die Öffnungen 80 und in Verbindung mit der erhöhten Temperatur dehnt sich der flexible Dorn 52 nach außen zu der Oberfläche 25 des Metallrohres hin aus. Die Ausdehnung des flexiblen Dornes 52 dehnt dementsprechend die Einlage 18 nach außen hin und gegen die Oberfläche 25 des Rohres 12 aus. Diese Ausdehnung komprimiert die Einlage 18 zwischen dem Dorn 52 und der Oberfläche
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25 des Rohres 12. Dieser Zustand wird für ca. eine Stunde aufrechterhalten, worauf die Einlage 18 ausgehärtet und. gleichzeitig mit der Oberfläche 25 des Rohres 12 verbunden wird. Bedingt durch die Flexibilität des unausgehärteten Laminates 18 kommt die gesamte äußere Oberfläche des gewickelten Laminats 18 in eine Berührung mit der Oberfläche 25 ? obwohl die Einlage 18 in ihrer Dicke von der Mitte zu den Enden abnimmt. Somit werden die Enden der rohrförmigen Einlage 18 für eine Berührung mit der Oberfläche 25 weiter ausgedehnt als der mittlere Abschnitt der Einlage 18. Nach dem Aushärten nimmt die Einlage 18 weiterhin in ihrer Dicke von der Mitte zu den Enden ab. Jedoch ist es nun die innere Oberfläche der Einlage 18, die zu den Enden hin abnimmt·, anstatt der äußeren Oberfläche , wie dies aus Fig.2 ersichtlich ist. Wenn die Einlage 18 bereits vor dem Verbinden mit dem Rohr 12 ausgehärtet ist, würde dieser Verfahrensschritt mit der Ausnahme gleich sein, daß die Verbindung der Einlage 18 mit der Oberfläche 25 ausgeführt werden muß, was normalerweise bei der gleichen Temperatur erfolgt, die für das gemeinsame Aushärten und Verbinden in Ansatz kommt, d.h. ca. 177°G (3500F) für Graphit-Epoxy, wobei mit dem flexiblen Dorn 52 der Anpreßdruck zum Verbinden hergestellt wird.
Nach dem Verfahrensschritt des gemeinsamen Aushärtens und Verbindens wird die Temperatur auf Raumtemperatur verringert, der Druck abgelassen und die Baugruppe, wie sie in Fig.8 gezeigt ist, aus dem Aushärtofen herausgenommen. Die Abschlußhülsen 90 und 91 und die Dorne 52 und 5^ werden dann abgenommen. Wie vorher erwähnt, sollten die Fasern der Einlage 18 im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Metallrohres 12 angeordnet sein. In diesem Zustand entspricht das Rohr 12 der Darstellung der Fig.9·
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Fig. 9 zeigt die Verbindung der Endteile 14- und 16 mit dem Rohr 12. Wie aus Fig.9 ersichtlich ist, ist ein Abschnitt 120 an beiden Enden der Oberfläche 25 des Rohres 12 nicht von der Einlage 18 bedeckt. Dies ermöglicht es, daß die Eridteile 14- und 16, die in die Enden des Rohres 12 passen, mit dem Rohr 12 verschweißt werden, wobei ein Kon-" takt zwischen·den Metallen hergestellt wird. Diese Endteile 14- und 16 wurden mit den Abschnitten 120 des Rohres 12 verschweißt. Dies vermeidet die frühere Schwierigkeit der schlechten Verbindung der Metallendteile mit einem zusammengesetzten Rohr. Fig.10 zeigt das Verschweißen des Endteiles 14- mit dem Rohr 12. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, stellt ein Schweißbrenner 130 eine Schweißverbindung 20 dar, die den Endteil 14- mit dem Rohr 12 verbindet. Auf der äußeren Oberfläche des Metallringes 12 ist ein wassergekühlter, geteilter Kühlring 134- angeordnet, um die Schweißwärme von der Einlage 18 und der Verbindung der Einlage 18 mit dem Rohr 12 fernzuhalten. Nachdem die Endteile an dem Rohr 12 angeschweißt sind, ist die Einlage 18 eingeschlossen, wodurch die oben erwähnten Vorteile sich ergeben.
Somit ist ersichtlich, daß gemäß dur Erfindung eine verstärkte, rohrförmige Struktur und ein Verfahren zu ihrer Herstellung geschaffen ist, die vollständig die oben erwähnten Ziele und Vorteile erfüllt. Während die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben ist, sei bemerkt, daß viele Abwandlungen, Modifizierungen und Variationen aus der vorgenannten Beschreibung für den Fachmann nahegelegt werden. Demgemäß sollen alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen umfaßt werden, die in den Umfang der beanspruchten Ansprüche fallen.
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Claims (1)

  1. Patentanwälte
    Dipl.-Ing Dipl-Chern Dipl.-lng.
    E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
    Ernsbertjpr sirnsse 1 y
    8 München 60
    18. Februar 19
    ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION
    Grant Street
    Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.
    Unser Zeichen: R 992
    Patentansprüche
    1. .Verstärkte, rohrförmige Struktur, gekennzeichnet durch
    ein Metallrohr mit inneren und äußeren Oberflächen, durch eine ausgehärtete, zusammengesetzte, rohrförmige Einlage in dem Metallrohr, die durch Klebemittel mit der inneren Umfangsfläche des Metallrohres verbunden ist, wobei die Einlage aus mehreren Lagen eines faserförmigen Materials in einem Grundmaterial aus starrem Harz besteht und die Einlage die Festigkeit der rohrförmigen Struktur in Längsrichtung erhöht.
    2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage eine veränderbare Dicke hat.
    3· Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage von der Mitte zu ihren Enden hin spitz zuläuft.
    4·. Struktur nnch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dar, faserförmige Material einen Elastizitätsmodul in Längsrichtung hat; der größer ist als der Elastizitätsmodul des Metalls des Metallrohres.
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    5. Struktur nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Material einen Elastizitätsmodul in Längsrichtung hat, der größer ist als der Elastizitätsmodul des Metalls des Metallrohres.
    6. Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Material einen Elastizitätsmodul in Längsrichtung hat, der größer ist als der Elastizitätsmodul des Metall des Metallrohres.
    7. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Elastizitätsmoduls in Längsrichtung zur Dichte der Einlage größer ist als für das Metallrohr.
    8. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Elastizitätsmoduls in Längsrichtung zur Dichte für die Einlage größer ist als für das Metallrohr.
    9· Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Elastizitätsmoduls in Längsrichtung zur Dichte für die Einlage größer ist als für das Metallrohr.
    10. Struktur nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Fasern des faserförmigen Materials im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Metallrohres angeordnet ist.
    11. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Pasern des faserförmigen Materials im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Metallrohres angeordnet ist.
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    12. Struktur nach Anspruch 7., dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Fasern des faserförmigen Materials im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Metallrohres angeordnet ist.
    13· Struktur nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Fasern des faserförmigen Materials im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Metallrohres angeordnet ist.
    14. Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Fasern des faserförmigen Materials im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Metallrohres angeordnet ist.
    15· Struktur nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Paar von Metallendteilen, die jeweils mit den Enden des Metallrohres so verbunden sind, daß die Einlage eingeschlossen ist, wodurch ein Schutz für die Einlage gegen eine Beschädigung durch Fremdkörper und Umwelteinflüsse geschaffen ist.
    16. Struktur nach Anspruch 14-, gekennzeichnet durch ein Paar von Metallendteilen, die jeweils mit den Enden des Metallrohres so verbunden sind, daß die Einlage eingeschlossen ist, wodurch ein Schlitz für die Einlage gegen eine Beschädigung durch Fremdkörper und Umwelteinflüsse geschaffen ist.
    17· Struktur nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Metallrohres Stahl ist, daß das faserförmige Material Graphit ist und daß der Harzgrundstoff ein Epoxy-Grundstoff ist.
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    18. Struktur nach Anspruch 11 ? dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Fasern in einer viesentlichen Umfangsausrichtung gegenüber der Einlage angeordnet ist.
    19· Struktur nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Fasern in einer wesentlichen Unifangsausrichtung gegenüber der Einlage angeordnet ist.
    20. Verfahren zur Ausbildung einer verstärkten, rohrförmigen Struktur, gekennzeichnet durch das Ausformen eines Laminats einer Mehrzahl von Lagen aus faseriörmigeni Material in einem unausgehärteten Harzkunststoff, durch ein Wickeln des Laminats um einen flexiblen Dorn, durch ein Einsetzen des flexiblen Dorns in ein Metallrohr, wobei das Metallrohr innere und äußere Umfangsoberflächen hat, und durch ein gleichzeitiges Aushärten und Verbinden des Laminats mit der inneren Umfangsflache des Rohres,
    ο Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Ger flexible Dorn während des gleichzeitigen Aushärtens und Verbindens so ausgedehnt wird, daß das Laminat zxviachen de«! flexiblen Dorn und der inneren Umfangsober·= fläche des Rohres zusammengedrückt uir-d =
    22c Verfahren nach Anspruch 21, dadurch, gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Elastizitätsmoduls in. Längsrichtung au der Dichte für das Laminat größer ist als für das Metallrohr=
    27>o Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein? Mehrzahl von Fasern des faserförmigen Materials in dem Laminat so angeordnet ist, daß die Mehrzahl der Fasern im wesentliehen parallel zu der Längsachse des Metallrohres nach dem gleichzeitigen Aushärten und Verbinden ausgerichtet ist.
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    , ORIQIUAL
    ?Λ. Verfahren nach Anspruch 2V , dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat zwei einander abgewandte Hauptflächen hat, wobei die Form der· Hauptflächen Lm wesentlichen trapezförmig ist, wodurch dar Laminat während den Aufwickeins in ein Rohr mLt veränderlicher w"nnär.t:irke ausgebildet wi rd.
    25. Verfahren nach Anspruch 2A, gekennzeichnet durch den Verfahrens schritt ei nor Verbindung von I1et-ii l.ondt^ilen mit den jeweiligen Enden des Metallrohreo, so daß dnp Laminat eingeschlossen ist.
    26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Dorn rohrförmig ist und durch das Aufbringen eines unter Druck stehenden fließfähigen Mediums in den Dorn ausgedehnt wird.
    27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt eines Anordnens des flexiblen Dorns um einen hohlen Stützdorn, wobei der hohle Stützdorn eine Mehrzahl von Öffnungen hat, und durch das Hindurchleiten eines unter Druck stehenden fließfähigen Medium? von dem Inneren des Stützdornes durch die Öffnungen in den flexiblen Dorn.
    28. Verfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt einer Herausnahme des Stützdornes und des flexiblen Dornes aus dem Metallrohr.
    29. Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt eines Aufbringens eines Primers auf die innere Umfangsoberfläche dos MetnLlrohros und durch ein Aufbringen einer Klebnchicht auf die äußere Oberfläche des gewickelten Laminats.
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    30. Verfahren nach Anspruch ?8, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte einen Aufbringens eines Primers auf die innere Umfnngsoberfläche des Metallrohres und das Aufbringen einer klebenden Beschichtung nuf die äußere Oberfläche des gewickelten Laminats.
    31. Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt eines Aufbringens einer Substanz auf die Klebeschicht, die zeitweise die Klebfähigkeit der Klebeschicht verringert.
    32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Material Graphit ist, daß der Harzgrundstoff ein Epoxy-Grundstoff ist und daß der flexible Dorn aus Gummi hergestellt ist.
    33· Verfahren zur Herstellung einer verstärkten, rohrförmigen Struktur, gekennzeichnet durch das Ausbilden eines Laminats aus einer Mehrzahl von Lagen eines faserförmigen Materials in einem unausgehärteten Harzgrundstoff, durch das Aushärten des Laminats, durch das Anordnen des Laminats um einen flexiblen Dorn, durch das Einsetzen des flexiblen Dorns in ein Metallrohr, wobei das Metallrohr innere und äußere Umfangsflächen hat und durch das Verbinden des Laminats mit der inneren Umfangsfläche des Rohres.
    34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der felxible Dorn während des Verbindens so ausgedehnt wird, daß das Laminat zwischen dem flexiblen Dorn und der inneren Oberfläche des Rohres zusammengedrückt wird.
    7I1'?. Verfahren nnrh. Anspruch 34·, dadurch gekennzeichnet, daß fine Mehrzahl von Fasern des faserförmigen Materials in
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    dem Laminat so angeordnet ist, daß die Mehrzahl der Fasern im wesentlichen parallel su de£ Längsachse des Metallrohres nach der Verbindung ausgerichtet ist.
    36. Verfahren nach Anspruch 35? gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt eines Aufwickelns des Laminats in ein Rohr mit unterschiedlicher Wandstärke.
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DE19803006320 1979-02-26 1980-02-20 Verstaerkte, rohrfoermige struktur und ihr herstellungsverfahren Ceased DE3006320A1 (de)

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