DE3639136A1 - Flansch aus faserverstaerktem thermohaertendem kunstharz und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flansch aus faserver­ stärktem thermohärtendem Kunstharz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung des Flansches nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 10.

Bei einem bekannten Flansch dieser Art (NL-AN 78 10 838) mit ausschließlich in axialer Richtung verlaufen­ den Faserverstärkungsschichten, die spiralförmig ge­ wickelt sind, verändert sich der Abstand zumindest einer Schicht von der Achse des Flansches in einer durch die Flanschachse verlaufenden Ebene über die Breite der Faserverstärkungsschicht, wobei diese Ver­ änderung während des Wickelns entsteht. Werden derar­ tige Faserverstärkungsschichten in einem Flansch ver­ wendet, so liegen sie unregelmäßig übereinander, wo­ durch die Abscherkräfte in axialer Richtung, die not­ wendig sind, um die Lagen abgleiten zu lassen, viel größer sind, als wenn ein glatter Roving verwendet wird oder faserverstärkte Schichten Anwendung finden, die genau konzentrisch verlaufen.

Ein Vorteil dieses Flansches besteht darin, daß er schneller als die zuvor bekannten Flansche herstellbar sowie in Axialrichtung fester ist und außerdem auf eine mehr reproduzierbare Weise hergestellt werden kann.

Der bekannte Flansch hat jedoch den Nachteil, daß im Eckübergang zwischen der Flanschinnenseite und dem sich daran anschließenden, in axialer Richtung verlau­ fenden Flanschabschnitt leicht Mikrorisse auftreten, die selbstredend eine sehr nachteilige Wirkung auf die Festigkeit des Flansches haben. Obgleich diese Mikro­ risse im allgemeinen mit bloßem Auge nicht wahrge­ nommen werden können, können sie leicht durch das Ein­ wirken eines Farbstoffes angezeigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flansch der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der die aufgezeigten Nachteile nicht besitzt und insbeson­ dere eine erhöhte Festigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Aus­ gestaltung des Flansches entsprechend dem Patentan­ spruch 1 gelöst.

Durch die Verwendung einer derartigen rißbildungsver­ hindernden Verstärkungsschicht werden die oben ge­ nannten Nachteile des Auftretens von Mikrorissen im Eckübergang beseitigt, und es wird ein Flansch von optimaler Festigkeit erreicht.

Die rißbildungsverhindernde Verstärkungsschicht ist zweckmäßig von einer scheibenförmigen Faserverstär­ kungsschicht mit einer mittleren Öffnung gebildet und auf die Innenseite des Flansches aufgesetzt, wobei der der mittleren Öffnung nächstgelegene Scheibenteil auf dem sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschteil durchläuft, um so den Eckübergang zwischen der Innen­ seite des Flansches und dem anschließenden Flanschteil abzudecken. Es versteht sich, daß die scheibenförmige Faserverstärkungsschicht, die sich auf dem Flanschteil fortsetzt, vor dem Anbringen von einer vorgeformten oder aufweitbaren Hülse gebildet sein kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die scheibenförmige Faserverstärkungsschicht beim An­ bringen auf den Flansch nahe der mittleren Öffnung mit Einschnitten versehen, die voneinander getrennte Lap­ pen im Außenbereich des in axialer Richtung verlaufen­ den Flanschteils bilden, wobei die Einschnitte nahe den Lappen, gesehen von diesem Flanschteil, vor dem genannten Eckübergang enden, um dem Eckübergang einen optimalen Schutz zu bieten.

Vorzugsweise besteht die scheibenförmige Faserverstär­ kungsschicht aus einem Gewebe, das vorzugsweise Kett­ und Schußfäden umfaßt.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flansches ist die rißbildungsverhin­ dernde Verstärkungsschicht von einer Schicht eines gesponnenen Rovings gebildet, die bei der Flanschfor­ mung zumindest im Bereich des Eckübergangs zwischen der Innenfläche des Flansches und dem angrenzenden Flanschteil durch Wickeln angebracht wird.

Das Verfahren zum Herstellen eines Flansches aus faserverstärktem thermohärtendem Kunstharz nach der Erfindung ist im Anspruch 10 gekennzeichnet.

Dabei kann die rißbildungsverhindernde Verstärkungs­ schicht gebildet werden, indem man eine scheibenför­ mige Faserverstärkungsschicht auf der Innenseite des Flansches anbringt und den der mittleren Öffnung nächstgelegenen Scheibenteil auf dem sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschteil durchlaufen läßt, um so den Eckübergang zwischen der Innenseite des Flansches und dem angrenzenden Flanschteil abzudecken, oder man wickelt nach dem Wickeln des in axialer Rich­ tung verlaufenden Flanschteils zumindest im Bereich des zwischen der Innenseite des Flansches und dem an­ schließenden Flanschteil zu bildenden Eckübergangs eine Schicht eines gesponnenen Rovings auf den ge­ wickelten Flanschteil und staucht diese Schicht in axialer Richtung, so daß sie zumindest in dem Ecküber­ gang zwischen der Flanschinnenseite und dem angrenzen­ den Flanschteil des zu bildenden Flansches verläuft.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Be­ schreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Flansches nach der Erfindung in Verbindung mit einem Rohrteil aus thermohärtendem Kunstharz,

Fig. 2 eine Flanschwickelform vor Beginn des Wickelns zur Flanschbildung,

Fig. 3 die Flanschwickelform nach Fig. 2 nach An­ bringen eines Teils des Flansches mit dem sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschteil,

Fig. 4 die Flanschwickelform nach Fig. 2 während des Formens des Flansches nach der Erfin­ dung,

Fig. 4a einen Teil der Flanschwickelform unter Veranschaulichung eines Organs zum Festlegen einer scheibenförmigen Faserverstärkungs­ schicht,

Fig. 4b eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 4a,

Fig. 4c eine weitere Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 4a,

Fig. 5 eine Stirnansicht einer scheibenförmigen Faserverstärkungsschicht zum Bilden einer rißbildungsverhindernden Verstärkungs­ schicht,

Fig. 6, 7 u. 8 eine Flanschwickelform zum Bilden eines Flansches nach der Erfindung mit einer aus einem gesponnenen Roving bestehenden Rißbil­ dungsverhinderungsschicht während einer An­ zahl aufeinanderfolgender Phasen des Form­ prozesses entsprechend den Fig. 2, 3 und 4 und

Fig. 9 einen Teil eines Verstärkungsstrangs mit Schlaufen bzw. eines gesponnenen Rovings.

In Fig. 1 ist ein Flansch 1 aus faserverstärktem thermohärtendem Kunstharz dargestellt, der von einer Flanschinnenfläche 4 und einer Flanschaußenfläche 20 begrenzt ist. An die Flanschinnenfläche 4 schließt sich ein Flanschteil 6 an, der ebenfalls aus faser­ verstärktem thermohärtendem Kunstharz gebildet ist. Dieser Flanschteil verläuft in axialer Richtung und ist an seiner Innenseite mit einem Rohrteil 11 aus faserverstärktem thermohärtendem Kunstharz verbunden.

Es versteht sich jedoch, daß der Flansch 1 auch lose in den Handel gebracht und ein Rohr 11 mit dem Flansch 1 an einer Stelle versehen werden kann, an der eine Flanschverbindung vorzunehmen ist.

Der Flanschteil zwischen der Flanschinnenfläche 4 und der Flanschaußenfläche 20 ist durch spiralförmiges Wickeln eines in thermohärtendem Kunstharz getränkten Glaserfaserbandes 3 gebildet, das eine größere Breite als die der Flanschwickelform aufweist. Dies führt dazu, daß das Band 3 entweder mit Wellungen 3 a ver­ sehen wird oder an seinen Enden, die an der Flansch­ innenfläche 4 und an der Flanschaußenfläche 20 anlie­ gen, umgebogen wird.

Durch das unregelmäßige Aufbringen der Verstärkungs­ lagen sind die in axialer Richtung erforderlichen Scherkräfte, um die vom Band 3 gebildeten Schichten zum Abschieben oder -gleiten zu bringen, sehr viel größer als bei Anwendung von genau konzentrisch ver­ laufenden Faserverstärkungsschichten, die dann gebil­ det werden, wenn das Band 3 die gleiche Breite wie oder eine geringere Breite als die der Flanschwickel­ form aufweist.

Ersichtlich vermittelt der Mittelteil 2 des Flansches zwischen der Flanschinnenfläche 4 und der Flansch­ außenfläche 20 dem Flansch eine optimale Festigkeit.

Um zu vermeiden, daß Mikrorisse am Eckübergang 5, an dem die Flanschinnenfläche 4 in den axial verlaufenden Flanschteil 6 einmündet, auftreten, ist eine Verstär­ kungslage oder -schicht 7 vorgesehen, die sich im Be­ reich des Eckübergangs 5 einerseits über die Flansch­ innenfläche 4 und andererseits über den axial verlau­ fenden Flanschteil 6 erstreckt.

Nach einer besonderen Ausführungsform wird die rißbil­ dungsverhindernde Verstärkungsschicht 7 zweckmäßig dadurch gebildet, daß eine scheibenförmige Faserver­ stärkungsschicht 7 a mit einer mittleren Öffnung 8 auf­ gebracht wird. Es versteht sich, daß die Verstärkungs­ schicht 7 auch von einer vorgeformten oder dehnbaren Hülse aus Verstärkungsgewebe gebildet sein kann.

Zur Erzielung eines guten Sitzes der scheibenförmigen Faserverstärkungsschicht auf der Flanschinnenfläche 4 und dem axial verlaufenden Flanschteil 6 nimmt der Außendurchmesser des Flanschteils 6 zweckmäßig all­ mählich von der Flanschinnenfläche 4 aus ab, um eine kegelstumpfförmige Außenfläche 12 des Flanschteils 6 zu bilden.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß sich die Faserverstärkungsschicht 7 a ohne Falten trichterförmig vom Eckübergang 5 auf die kegelstumpfförmige Außen­ fläche 12 des Flanschteils 6 erstreckt.

Es versteht sich, daß der Eckübergang 5 zwischen der Flanschinnenfläche 4 und der Außenseite des axial ver­ laufenden Flanschteils 6 eine abgerundete Form auf­ weist.

Zur Erzielung eines möglichst guten Sitzes der schei­ benförmigen Faserverstärkungsschicht 7 a auf der Außen­ seite des axial verlaufenden Flanschteils 6 kann es sich empfehlen, die scheibenförmige Faserverstärkungs­ schicht 7 a vor dem Anbringen mit Einschnitten 9 zu versehen, die von der mittleren Öffnung 8 ausgehen. Dabei ist selbstverständlich darauf zu achten, daß die Endpunkte 13 der Einschnitte 9, vom Flanschteil 6 aus gesehen, vor dem Eckübergang bei dem fertiggestellten Flansch enden.

Die scheibenförmige Faserverstärkungsschicht besteht vorteilhaft aus einer durch Kett- und Schußfäden ge­ bildeten Glasfaserverstärkungslage.

Eine Einzelheit des für die scheibenförmige Faserver­ stärkungsschicht 7 a verwendeten Gewebes ist in Fig. 5 bei 14 veranschaulicht.

Es versteht sich, daß als Ergebnis der Einschnitte 9 Lappen 10 gebildet werden, die im Fertigprodukt auf der Außenseite des Flanschteils 6 verlaufen. Zur Her­ stellung der oben beschriebenen Ausführungsform des Flansches wird eine Flanschwickelform entsprechend der Darstellung in Fig. 2 verwendet, die eine Vorderplatte 15, einen Formkern 16 und eine Rückplatte 17 umfaßt.

Die scheibenförmige Faserverstärkungsschicht 7 a wird in die Flanschwickelform eingebracht und ihr Umfangs­ teil 23 wird mittels eines Befestigungselements 19 festgelegt.

Diese Festlegung kann gemäß der Darstellung in Fig. 4a mittels eines Klemmringes 19 a oder entsprechend der Darstellung in Fig. 4b mittels einer Schraube 19 b er­ folgen, die in einen Plattenteil 19 c eingreift. Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 4c veranschau­ licht, wonach die scheibenförmige Faserverstärkungs­ schicht 7 a durch eine Anzahl von Clipsen oder Klemmen 22 festgelegt ist, die gleichmäßig über den Umfang der Rückplatte 17 der Form verteilt sind.

Ersichtlich ist der Flanschwickelformkern 16 mit einer ersten Vertiefung 18 und einer an diese anschließenden Vertiefung 18 a versehen, die an der Vorderplatte 15 der Flanschwickelform angrenzt.

In diesen Vertiefungen wird zunächst ein Teil des Flanschmittelteils 2 und der an den Flansch anschlie­ ßende axial verlaufende Flanschteil 6 durch spiralför­ miges Wickeln eines in thermohärtendem Harz getränkten Gewebes geformt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 wird sodann die Rück­ platte 17 nach links geschoben, um den mittleren Flanschteil 2 zwischen der Vorderplatte 15 und der Rückplatte 17 zu bilden.

Ersichtlich verläuft die Innenseite des axialen Teils der Rückplatte 17 konisch. Hierdurch erhält der in axialer Richtung verlaufende Flanschteil 6 einen Außendurchmesser, der von der Flanschinnenfläche 4 des fertigen Flansches aus allmählich abnimmt.

Gleichzeitig mit dem Formen des Flansches wird die rißbildungsverhindernde Schicht 7 durch das flüssige thermohärtende Harz, das sich auf dem Glasgewebe be­ findet, welches zur Bildung des mittleren Flanschteils 2 radial aufgewickelt wird, fest mit der Flanschinnen­ fläche und dem daran anschließenden Flanschteil 6 ins­ besondere im Bereich des Eckübergangs 5 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 fest verbunden.

Der Flansch ist sodann gebrauchsfertig und kann ent­ sprechend der Darstellung in Fig. 1 mit einem Rohr 11 verbunden werden, das aus einem durch ein Glasgewebe oder Glasfäden verstärkten thermohärtenden Kunstharz gebildet ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die rißbil­ dungsverhindernde Verstärkungsschicht 7 durch An­ bringen einer Schicht 7 b eines Spinnfädenrovings im Bereich des Eckübergangs 5 zwischen der Flanschinnen­ fläche und dem anschließenden Flanschteil 6 durch Wickeln gebildet.

Diese Flanschausführung wird hauptsächlich bei Flan­ schen mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser verwendet.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine Anzahl aufeinanderfol­ gender Phasen im Formprozeß eines derartigen Flansches.

Die in Fig. 6 gezeigte Flanschwickelform entspricht im wesentlichen der Wickelform nach Fig. 2 mit dem Unter­ schied, daß auf der Rückplatte 17 a keine scheibenför­ mige Verstärkungslage angebracht ist.

Der axial verlaufende Flanschteil 6 wird, wie Fig. 7 zeigt, in der gleichen Weise wie bei der oben be­ schriebenen Flanschausführung geformt.

Nach der Formung des Flanschteils 6 wird sodann eine Schicht 7 b eines Spinnfädenrovings auf den Flanschteil 6 zumindest im Bereich des Eckübergangs 5 gewickelt, der zwischen der Flanschinnenfläche 4 und dem an­ schließenden Flanschteil 6 zu bilden ist (Fig. 7).

Die Rückplatte 17 a wird dann nach links verschoben, wobei die Lage 7 b aufgestaucht wird. Danach wird der Flanschmittelteil 2 zwischen der Vorderplatte 1 b und der Rückplatte 17 a gebildet (Fig. 8). Im fertigen Flansch bildet die Lage 7 b die rißbildungsverhindernde Verstärkungsschicht 7, die zumindest im Eckübergang zwischen der Flanschinnenfläche und dem anschließenden Flanschteil verläuft.

In Fig. 9 ist ein Teil eines Spinnfädenrovings (mit Schlaufen) dargestellt.

Ersichtlich verläuft die Innenseite des axialen Teils 21 a der Rückplatte 17 a konisch. Dies begünstigt das Aufstauchen der Lage 7 b. Der axial verlaufende Flanschteil 6 erhält dadurch einen Durchmesser, der allmählich von der Flanschinnenfläche 4 des fertigen Flansches aus abnimmt.

Claims (12)

1. Flansch aus faserverstärktem thermohärtendem Kunst­ harz, bestehend aus zumindest einem axial verlaufenden Flanschteil, der auf einem Rohrteil angebracht ist oder auf einem mit einem Flansch zu versehenden Rohr­ teil anbringbar ist und an die Flanschinnenfläche an­ schließt, die zusammen mit einer Flanschaußenfläche den Flansch begrenzt, wobei der Flansch mehrere rundum gelegte in axialer Richtung verlaufende Faserverstär­ kungsschichten aufweist, die spiralförmig aufgewickelt sind, und wobei ferner der in axialer Richtung verlau­ fende Flanschteil seinerseits aus Faserverstärkungs­ schichten und thermohärtendem Kunstharz besteht, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Eckübergangs (5) zwischen der Flanschinnenfläche (4) und dem axial verlaufenden Flanschteil (6) eine rißbildungsverhin­ dernde Verstärkungsschicht (7) angeordnet ist, die sich von der Flanschinnenfläche (4) zum axial verlau­ fenden Flanschteil (6) erstreckt.

2. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rißbildungsverhindernde Verstärkungsschicht (7) von einer scheibenförmigen Faserverstärkungs­ schicht (7 a) mit einer mittleren Öffnung (8) gebildet ist, die auf der Flanschinnenfläche (4) angebracht ist, wobei ein an die mittlere Öffnung angrenzender Scheibenberich (24) über den sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschteil (6) durchläuft, derart, daß der Bereich des Eckübergangs (5) zwischen der Flansch­ innenfläche (4) und dem anschließenden Flanschteil (6) von der Verstärkungsschicht (7) abgedeckt ist.

3. Flansch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Faserverstärkungsschicht (7 a) mit an die mittlere Öffnung (8) angrenzenden Ein­ schnitten (9) versehen ist, die voneinander getrennte Lappen (10) im Außenbereich des axial verlaufenden Flanschteils (6) bilden, und daß die Einschnitte (9), vom Flanschteil (6) aus gesehen, vor dem Eckübergang (5) enden.

4. Flansch nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die scheibenförmige Faserverstärkungs­ schicht (7 a) aus einem Gewebe vorzugsweise mit Kett­ und Schußfäden besteht.

5. Flansch nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Faserverstär­ kungsschicht (7 a) in Umfangsrichtung zumindest während der Herstellung des Flansches festgelegt ist.

6. Flansch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rißbildungsverhinderte Verstärkungsschicht (7) von einer Lage (7 b) von Spinnfädenrovings gebildet ist, die bei der Flanschformung zumindest im Bereich des Eckübergangs (5) zwischen der Flanschinnenfläche (4) und dem anschließenden Flanschteil (6) durch Wickeln aufgebracht sind.

7. Flansch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des axial verlaufenden Flanschteils (6) von der Flanschinnen­ fläche (4) aus unter Ausbildung einer kegelstumpfför­ migen Außenfläche des Flanschteils (6) allmählich ab­ nimmt.

8. Flansch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschinnenfläche (4) und der axial verlaufende Flanschteil (6) über eine abgerunde­ te Ecke ineinander übergehen.

9. Flansch nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verlaufende Flanschteil (6) auf einem faserverstärkten Rohrteil (11) aus thermohärtendem Kunstharz angebracht ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Flansches aus faserverstärktem thermohärtendem Kunstharz, bestehend aus zumindest einem axial verlaufenden Flanschteil, der auf einem Rohrteil angebracht ist oder auf einem mit einem Flansch zu versehenden Rohrteil anbringbar ist und an die Flanschinnenfläche anschließt, die zu­ sammen mit einer Flanschaußenfläche den Flansch be­ grenzt, bei dem der Flansch in einer Flanschwickelform durch spiralförmiges Aufwickeln eines faserverstärkten Bandes in der Flanschwickelform und ferner der axial verlaufende Flanschteil aus Faserverstärkungsschichten und thermohärtendem Kunstharz geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Eckübergangs zwi­ schen der zu bildenden Flanschinnenfläche und dem axial verlaufenden Flanschteil eine rißbildungsver­ hindernde Verstärkungsschicht gebildet wird, die sich von der Flanschinnenfläche zum axial verlaufenden Flanschteil erstreckt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die rißbildungsverhindernde Schicht durch Anbringen einer scheibenförmigen Faserverstärkungslage auf die Flanschinnenfläche geformt wird, wobei man den an die mittlere Öffnung der Verstärkungslage angren­ zenden Bereich auf den sich in axialer Richtung er­ streckenden Flanschteil durchlaufen läßt, derart, daß der Eckübergangsbereich zwischen der Flanschinnen­ fläche und dem anschließenden Flanschteil von der Ver­ stärkungslage abgedeckt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß nach dem Wickeln des axial verlaufenden Flanschteils die rißbildungsverhindernde Schicht zu­ mindest im Bereich des zwischen der Flanschinnenfläche und dem anschließenden Flanschteil zu bildenden Eck­ übergangs durch Aufwickeln eines Spinnfädenrovings auf den gewickelten axialen Flanschteil und durch Aufstau­ chen der Verstärkungslage in axialer Richtung gebildet wird, derart, daß die Verstärkungsschicht zumindest im Eckübergang zwischen der Flanschinnenfläche und dem anschließenden axialen Flanschteil des zu bildenden Flansches verläuft.