DE3229064A1 - Verfahren zur herstellung von tragenden gittergeruesten und vorrichtung dafuer - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von tragenden Gittergerüsten
• und Vorrichtung dafür Die Erfindung betrifft offene Gitterverstrebungen oder -gerüste, die sich als tragende Teile eignen und durch systematisches Wickeln von harzimprägnierten Strängen um einen Former oder ein Formwerkzeug hergestellt werden.
• Es ist bekannt, tragende Teile aus Glasfaser/Polyesterharz-Materialien, beispielsweise beim Bootsbau, herzustellen. Offene Gittergerüste aus Glasfaser/Polyesterharz können auch durch Wickeln von harzbenetzten Fasern um einen Former und anschließendes Härten des Harzes hergestellt werden, wobei der Former nach Belieben entfernbar ist, wie beispielsweise in der GB-PS 2 004 835A beschrieben.
• Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die Herstellung von tragenden Gittergerüsten nach einem Verfahren, das die folgenden Stufen umfaßt: a) Man ordnet eine Vielzahl von Zwischenquerspanten längs einer Längsachse an, b) wobei die Querspanten eine Reihe von um den Umfang angeordneten Teilen aufweisen, die eine harzbenetzte Faser aufzunehmen vermögen, c) man richtet die am Umfang jedes Querspants vorhandenen Teile längs der Längsachse aus, d) man ordnet an einem oder beiden Enden der Längsachse ein Endstück an, das ein oder mehrere Bauteile aufweist, um die eine harzbenetzte Faser gewickelt werden kann e) man ordnet zwischen dem Endstück und dem benachbarten Querspant an jedem Ende oder beiden Enden der Längsachse einen Dorn an, der so geformt ist, daß er vom Endstück zum benachbarten Querspant eine glatte Außenlinie oder Hülle ergibt, f) man wickelt eine harzbenetzte Endlosfaser um das Endstück oder die Endstücke und Querspanten unter Ausbildung des Gittergerüstes und g) härtet das Harz aus, wobei sich ein starres tragendes Gittergerüst ergibt.
• Für das Wickeln der harzbenetzten Fasern wird die folgende Aufeinanderfolge bevorzugt: a) die inneren Wendeln oder Spiralen, b) die axialen Wendeln oder Spiralen und c) die äußeren Spiralen. Vorzugsweise sind die axialen Wicklungen oder Stränge dicker, d.h. es werden mehr Durchgänge der harzbenetzten Faser als für die spiralförmigen Wicklungen verwendet.
• Als Fasern werden Glasfasern oder Kohlefasern oder Hybridfasern aus Glas und Kohlenstoff bevorzugt. Auch andere Fasern, z.B. die Fasern der Handelsbezeichnung "Kevlar" oder Borfasern, können geeignet sein. Als Harz dient vorzugsweise ein organisches Harz, wobei ein Epoxyharz oder ein Polyesterharz besonders bevorzugt wird.
• Die Erfindung ist ferner auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines lasttragenden Gittergerüstes gerichtet. Die Vorrichtung umfasst zwei Endstücke, eine Vielzahl von Querspanten, die längs einer Längsachse angeordnet sind, wobei wenigstens ein Endstück den Querspanten benachbart ist,und einen Dorn; der zwischen dem Endstück und seinem benachbarten Querspant angeordnet ist.
• Die Erfindung ist ferner auf lasttragende Gittergerüste gerichtet, die nach dem vorstehend genannten Verfahren oder unter Verwendung der genannten Vorrichtung hergestellt worden sind.
• Die um den Umfang der Querspanten angeordneten Teile haben vorzugsweise die Form von Ausschnitten in den Querspanten. Die Endstücke umfassen vorzugsweise ein oder mehrere Paare von parallelen Platten, die durch eine Muffe oder Hülse getrennt sind, wobei die Außenseite der Hülse den Wickelpunkt bildet. Die bevorzugten Endstücke umfassen ein Paar paralleler Platten (die Spaten-Ausführungsform) und zwei Paare von parallelen Platten (die Gabelausführungsform). Vorzugsweise ist an beiden Enden der Längsachse jeweils ein Endstück angeordnet. Die Endstücke können vorzugsweise mit einem benachbarten Bauteil durch geeignete Mittel, z.B. eine Mutter- und Schraubverbindung verbunden werden. Besonders bevorzugt wird die verbindung durch eine Mutter und Schraube, die durch die Hülse geführt sind, deren Außenseite den Wickelpunkt für die harzbenetzten Fasern bildet.
• Der Dorn hat einen konischen Querschnitt und wird vorzugsweise aus einem schmelzbaren Werkstoff (Woodsches Metall) mit einem Schmelzpunkt von 1000 bis 1100C gegossen, das schließlich aus der Konstruktion entfernt werden kann, wenn das Herstellungsverfahren beendet ist.
• Der konische Bereich des Rohres zwischen dem ersten oder letzten Querspant und der Gabel ist die#Umschlagsstelle der Faserrichtung, wo die axialen und wendelförmigen Fasern im Rohr zur Bildung des Gabelendes neu ausgerichtet werden.
• Um maximalen Wirkungsgrad dieses verhältnismäßig hoch beanspruchten Bereichs sicherzustellen, wird ein Dorn verwendet, um die Richtung der Faser im Übergang einzuhalten und Stabilität für die Verfestigung und Verschmel-l zung der Konstruktion während des Umwickelns der in diesem Bereich notwendigen tragenden Mantelfaser zu gewährleisten.
• Die Querspanten können dauernd im Konstruktionsteil belassen oder nach dem Aushärten entfernt werden. Die Zahl der Querspanten und der um deren Umfang angeordneten Teile können je nach der Art des erforderlichen Bauteils verändert werden.
• Die Erfindung wird nachstehend lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 1A, 1B und 2 beschrieben.
• Fig. 1A ist ein senkrechter Schnitt durch den Dorn, der bei der Herstellung eines lasttragenden Gerüstes gemäß der Erindung verwendet wird, und Fig. 1B ist eine Draufsicht auf den gleichen Dorn. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Endstücke und Querspanten, die zur Herstellung eines tragenden Gittergerüstes gemäß der Erfindung verwendet werden.
• Der endlose Strang wurde gebildet, indem zwei endlose Bündel von Glasseidensträngen durch ein Bad eines Polyesterharzes und dann durch eine Düsenplatte geführt wurden, wobei ein ungefähr gleichmäßiger Strangdurchmesser (nicht dargestellt) erhalten wurde. Die verwendeten Glasseidenstränge waren das Produkt "Vetrotex (EC14, 2400 tex)" (Hersteller St. Gobain Industries (S-22), und jedes Bündel von Glasseidensträngen enthielt etwa 208 Fasern mit einem Durchmesser von etwa 10 Am. Das verwendete Polyesterharz war das Produkt Cellobond A2785 CV (BP Chemicals Ltd.), für das ein MEX-Peroxidkatalysator und eine 0,6%ige Kobaltlösung als Beschleuniger verwendet werden. Die Zusammensetzungen wurden so gewählt, daß leichtes Benetzen der Faser stattfand, jedoch mit genügender Viskosität, um die Neigung zum Ablaufen zu verringern. Es war ferner erwünscht, daß vollständiges Wickeln der Bauteile vor dem Erhärten des Harzes erreicht werden konnte, so daß eine geeignete Harzgelbildungszeit gewählt wurde. Nach dem Wickeln wurden die Bauteile einige Stunden je nach der Zusammensetzung der Härtung bei Raumtemperatur überlassen.
• Der Strang wurde auf eine Reihe von in Längsrichtung angeordneten Formern oder Wicklungshaltern gewickelt, wie in Fig. 2 dargestellt. Die verwendeten Former umfaßten Endstücke X, Y, zwischen denen 21 Querspanten angeordnet sind. Ein Dorn W ist an jedem Ende angeordnet, und zwar der erste Dorn WI zwischen dem Endstück X, an dem er anliegt, und dem Querspant 1 und der zweite Dorn WII zwischen dem Endstück Y, an den er anstößt, und dem Querspant 21. Die Dorne bestehen aus Woodschem Metall und können nach dem Aushärten aus dem fertigen Bauteil herausgeschmolzen werden. Die Ausbildung des Dorns ist in Fig. 1A und Fig. 1B dargestellt.
• Die Querspanten 2 bis 20 sind dünne Scheiben aus starrem Kunststoff. Die Spanten 1 und 21 sind belastbar und wurden im Falle des Beispiels aus 2,54 mm dicker GRP-Platte hergestellt. Die Querspanten 1 bis 21 haben in Längsrichtung gleichen Abstand zueinander. Die Querspanten sind mit einem mittleren Loch für Ausrichtungszwecke versehen, und um ihren Umfang weisen sie eine Reihe von zehn gleichen Abstand aufweisenden Ausschnitten zum Einlegen der zum Aufbau des Gerüstes verwendeten harzbehandelten Fasern auf. Die Ausschnitte in jedem Querspant sind sorgfältig auf die Ausschnitte in den benachbarten Querspanten ausgerichtet.
• Die Endstücke X, Y sind aus einer Leichtlegierung hergestellt und bilden zwei Endwickelstellen, um die die Verbindungsschenkel des Gittergerüstes gewickelt sind.
• Die Wickelstellen werden durch die Hülsen und die aus der Leichtlegierung bestehenden parallelen Spanten gebildet.
• Während des Gebrauchs werden der Dorn, die Querspanten und die Endstücke auf die in Fig. 2 dargestellte Weise aufgestellt und ausgerichtet. Die Endstücke X, Y werden coplanar gemacht, und die Querspanten werden parallel mit gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die Ausschnitte oder Schlitze in den Querspanten werden in einer Linie angeordnet, und die Reihe der Ausschnitte Nr. 1 wird in eine Linie mit der Mittellinie der Hülse und mit den Endstückflächen A, B gebracht.
• Die harzbenetzten Fasern oder Stränge werden, ausgehend vom Endstück X, unter Spannung auf die die Werkzeuge bi]denden Teile gewickelt. Die Glasseidenstränge werden um die Hülse auf der Seite D-C des Endstücks X gewunden und in den Ausschnitt 1 am Querspant 1 eingeführt. Die Glasseidenstränge 1 werden dann zur Bildung einer rechtsgängigen Wendel durch die Schlitze 10, 9, 8 ..... in den aufeinanderfolgenden Querspanten 2, 3, 4 .... geführt, bis der Glasseidenstrang in den Sch]itz 1 im Querspant 21 gelegt ist, worauf der Glasseidenstrang weitergeführt und 1,5mal um die Hülse D-C am Endstück Y gewunden wird.
• Der GlasseidePstrang wird dann von der Hülse D-C am Endstück in den Schlitz 2 am Querspant 21 geführt. Er wird dann zu einer linkgsgängigen Wendel geformt, indem er in die Ausschnitte 3, 4, 5 ..... an den aufeinanderfolgenden Querspanten 20, 19, 18 ..... gelegt wird, und schließlich erreicht er die Ausnehmung 2 am Quer spant 1, von wo er weitergeführt und 1,5mal um die Hülse D-C am Endstück X gewunden wird. Die spiralförmige Wicklung wird dann fortgesetzt, wie in der folgenden Tabelle angegeben.
• Seite Zahl Wendel Aus- Seite Zahl Wendel Ausdes der gangs- des der 1 gangs-End- Win- aus- End- Win- ausstücks dun- schnitt stocks dun- schnitt X gen Y gen DC 1,5 rechts- 9 DC 1,5 links- 10 gängig gängig DC 1,5 dto. 3 DC 1,5 dto 4 BA 1,5 7 7 AB 1,5 6 AB 1,5 " 5 AB 1,5 " 8 Eine Reihe von in Längsrichtung verlaufenden axialen Schnüren wird ebenfalls zwischen die Endstücke X, Y gewunden. Die Aufeinanderfolge der Wicklungen ist in der folgenden Tabelle angegeben.
• Axiale Schnüre Seite des Zahl der Aus- Seite Zahl Aus-Endstücks X Windungen schnitt des der schnitt End- Winstücks Y dungen AB 1,5 1 BA 1,5 2 AB 1,5 10 BA 1,5 3 AB 1,5 9 BA 1,5 4 CD 1,5 8 DC 1,5 5 CD 1,5 7 DC 1,5 6 CD 1,5 7 DC 1,5 6 CD 1,5 8 DC 1,5 5 CD 1,5 9 DC 1,5 4 AB 1,5 10 BA 1,5 3 AB 1,5 1 BA 1,5 2 Die Wicklung wird dann vollendet, indem, ausgehend von den Endstücken X, Y, eine Anzahl äußerer Spiralen über das Stabgerüst gebildet wird. Die Wickelfolge für die Schnüre sind in der folgenden Tabelle angegeben.
• Äußere Spiralen Seite Zahl Wendel Aus- Seite Zahl Wendel Ausgangs des der gangs- des der aus-End- Win- aus- End- Win- schnitt stücks dun- schnitt stücks dun-X gen Y gen AB 1,5 rechts- 6 AB 1,5 links- 7 gängig gängig AB 1,5 dto. 4 AB 1,5 dto. 5 AB 1,5 5 8 AB 1,5 3 3 DC 1,5 " 9 CD 1,5 " 1 DC 1,5 " 10 CD 1,5 " 2 Die zehn axialen Schnüre werden aus acht Durchgängen aufgebaut, und die schraubenförmigen Wicklungen werden aus einem einzigen Durchgang der harzbenetzten Fasern gebildet.
• Jeder Gang entspricht zwei Glasseidensträngen von 2400 tex.
• Nachdem das Wickeln des Gittergerüstes vollendet ist, läßt man es einige Stunden bei Umgebungstemperatur aushärten. Die Querspanten werden im Bauteil zurückgelassen, aber die Endstücke aus der Leichtlegierung werden ausgebaut, und der Dorn aus Woodschem Metall wird durch Schmelzen entfernt.
• Das fertiggestellte Bauteil kann dann im Ofen nachgehärtet werden, um die volle Festigkeit des Bindeharzes zu erreichen. Als Alternative kann diese Nachhärtung mit dem Erhitzen im Ofen kombiniert werden, das erforderlich ist, um, wie vorstehend dargelegt, den Dorn aus Woodschem Metall herauszuschmelzen.

Claims (15)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung von tragenden Gittergerüsten, dadurch gekennzeichnet, daß man a) eine Vielzahl von Zwischenquerspanten längs einer Längsachse anordnet, b) wobei die Querspanten eine Reihe von um den Umfang angeordneten Teilen aufweisen, die eine harzbenetzte Faser aufzunehmen vermögen, c) die am Umfang jedes Querspants vorhandenen Teile längs der Längsachse ausrichtet, d) an einem oder beiden Enden der Längsachse ein Endstück anordnet, das ein oder mehrere Bauteile aufweist, um die eine harzbenetzte Faser gewickelt werden kann, e) eine endlose harzbenetzte Faser um das Endstück oder die Endstücke und die Querspanten unter Ausbildung des Gittergerüstes wickelt und f) das Harz aushärtet, wobei sich ein starres tragendes Gittergerüst ergibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen dem Endstück und dem benachbarten Querspant an jedem oder beiden Enden der Längsachse einen Dorn anordnet, der so geformt ist, daß sich eine glatte Außenlinie oder Hülle vom Endstück zum benachbarten Querspant ergibt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aus einem schmelzbaren Werkstoff bestehenden Dorn verwendet und den Dorn nach dem Härten des Harzes aus dem Gittergerüst entfernt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wickeln der harzbenetzten Fasern in der Reihenfolge innere wendelförmige Windungen, axiale Windungen und äußere wendelförmige Windungen vornimmt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnetll, daß die axialen Windungen oder Schnüre einen größeren Querschnitt haben als die wendelförmigen Windungen.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querspant nach dem Aushärten des Harzes dauernd in dem Bauteil belassen wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fasern Glasfasern,-Kohlefasern oder ein Hybrid aus Glas- und Kohlefasern verwendet.
8. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Harz ein organisches Harz verwendet.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Harz ein Epoxyharz oder Polyesterharz verwendet.
10. 10. Vorrichtung zur Herstellung von tragenden Gittergerüsten nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Paar Endstücke (X, Y), eine Vielzahl von längs der Längsachse angeordneten Querspanten, die um ihren Umfang angeordnete Teile aufweisen, die eine harzbenetzte Faser aufzunehmen vermögen, wobei wenigstens ein Endstück (X, Y) den Querspanten (1, 21) benachbart und ein Dorn ) Wir) zwischen dem Endstück (X, Y) und seinem benachbarten Querspant (1, 21) angeordnet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die um den Umfang angeordneten Teile Ausschnitte (1-10) in den Querspanten sind.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (X, Y) ein oder mehrere Paare von parallelen Platten aufweisen, die durch eine Hülse getrennt sind, deren Außenseite eine harzbenetzte Faser aufzunehmen vermag.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, gekennzeichnet durch ein Endstück (X, Y) an beiden Enden der Längsachse.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (W1, W11) einen konischen Querschnitt hat.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (WI, W11) aus einem schmelzbaren Werkstoff gegossen ist.