DE3942535A1 - Verfahren zur befestigung von pultrudierten straengen auf der basis von fasern natuerlichen oder synthetischen ursprunges an endverankerungs- oder verbindungsgliedern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Seile und auf Seiltragelemente, und insbesondere aber auf ein Verfahren zur Befestigung oder zur Montage von stranggepreßten Strängen an Endverankerungen oder Elementen zur mechanischen Verbindung.

Es ist anfangs zu erwähnen, daß das Pultrudieren, worin das Material durch ein Zieheisen gezogen und gleichzeitig gestreckt wird, die Herstellung von Verbundseilen oder Verbundsträngen aus verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel auf Basis von Carbonfasern oder Synthetikfasern wie Aramidfasern oder anderen, ermöglicht.

Die Verwendung von Synthetiktextilfasern hoher mechanischer Leistung mit einem erhöhten Elastizitätsmodul die in einigen Anwendungen Stahl ersetzen können, wird bei Einsatz auf dem Ozean, zur See, unter Wasser, in der Luft und auf der Erde als Tragelemente für elektromechanische Seile und für Seile mit optischen Fasern und auch für Wanten bei Antennenmasten für den Empfang und Ausstrahlung von Funksendungen, und für die Wanten von Rennbooten, und von Vergnügungsbooten (mit einem oder mehreren Bootskörpern) immer häufiger. Auf diese Weise kann man eine erhebliche Leistungssteigerung des Motors und eine bedeutende, hauptsächlich am Mastenkopf zu verzeichnende Gewichtsverminderung ermöglichen.

Zur Zeit werden im Bootsbau diese Tragelemente entweder aus zusammengestellten, eingehüllten Synthetikfasern, oder aus rostfreiem Stahl in monofiler Form oder in Monotronform, oder noch aus abgelängtem Stahldraht hergestellt.

Wegen ihres Gewichts, ihrer Sperrigkeit und ihrer Hauptspant führen diese Seile oder Wanten zu einer Verminderung der gewünschten Leistungen in bezug auf die gesamte Wandanordnung, die verwirklicht wird. Bei der Ausführung in monofilem rostfreiem Stahl ist kein Kabel oder Seil aus Synthetikfaser in der Lage, sie zu ersetzen, denn für die gleiche Ausdehnung ist der Durchmesser deutlich größer, so daß die Want nicht so windschlüpfrig ist, weil die Belastung und der Windwiderstand erhöht werden; dies stellt das hauptsächliche Kriterium für die Auswahl des Seils dar.

Bis jetzt ist die Anwendung von pultrudierten Strängen aus Carbon- oder Synthetikfasern, deren ausgezeichnete Leistungen bekannt sind, nicht in Betracht gezogen worden, wofür der Hauptgrund bei der Schwierigkeit oder der Unmöglichkeit wohl zu suchen ist, solche Stränge mit Endstücken oder Kupplungsstücken zu verbinden, die wenig Platz aufnehmen und die zu Verbindungen großer Zugfestigkeit führen. Versuche mit Klebeverbindungen, zum Beispiel unter Anwendung von Harzen, polymerisierfähigen Verbindungen od. dergl. an den Enden der Stränge vor und nach deren Einführung in das Verbindungselement oder die Verankerung führten zu unausreichenden oder trügerischen Ergebnissen, und zwar sowohl in bezug auf die Adhäsion des Klebers wie auch auf die mechanischen Ergebnisse, insbesondere in Zusammenhang mit dem Zugspannungswiderstand.

Die Erfindung führt zu einer Lösung dieses technischen Problemes und liegt der Aufgabe zugrunde, solche Strang-Verankerungs-Einheiten mit hoher mechanischer Leistung herzustellen, die die Eigenschaften des geringen Gewichts, der geringen Dehnung und Windschlüpfrigkeit aufweisen, die bei den oben genannten Einsatzgebieten vielfach gesucht werden.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung von pultrudierten Strängen auf der Basis von Natur- oder Synthetikfasern in Endstücken oder Verbindungsstücken vor,

• a) bei dem man ein Gewebe oder ein Geflecht, das aus anorganischem oder synthetischem Material besteht, um den Strang legt, der vorher mit einem polymerisierfähigen Klebematerial imprägniert worden ist,
• b) man führt die so gebildete Einheit in das Verankerungsstück ein und dann
• c) man den eingehüllten Teil des Strangs und das Verankerungsstück auf eine zwischen ca. 60° und 120°C liegende Temperatur erhitzt.

Der an sich bekannte pultrudierte Strang kann aus bekannten Materialien wie Synthetikfasern mit hoher mechanischer und physikalischer Leistung bestehen, wovon Aramidfasern ein Beispiel dafür bilden. Gemäß einer bevorzugten aber keineswegs einschränkenden Form der Erfindung faßt man fortan in der nun folgenden Beschreibung den Fall von Strängen aus Carbonfasern ins Auge, die durch die Pultrusion von Fadengebilden aus Carbonfilamenten hoher Festigkeit in einem Grundstoff aus Synthetikharz zur Imprägnierung gebildet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird innerhalb des an das Verankerungsglieds anschließenden Bereiches, das der festen Anbringung des Strangs dient, am letzteren ein Gewebe oder ein Geflecht angebracht, das aus einem Stoff natürlichen oder synthetischen Ursprungs besteht, angeordnet. In der Praxis hat es sich insbesondere im Falle eines Strangs aus Carbonfasern als nützlich erwiesen, ein Geflecht aus Glasfasern zu verwenden, das wie ein Stumpf auf den Strang bzw. auf das Seil von einem Ende her aufgezogen werden kann. Dieses Geflecht wird vorher mit einem Harz oder mit einem synthetischen Stoff imprägniert, der zum Beispiel aus Harz auf Epoxid- und Aminbasis sein kann.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Länge des Geflechts, das um den Strang und im Bereich des Verankerungsgliedes angeordnet ist, mindestens drei dreimaligen Länge des Verankerungsgliedes.

Andere Merkmale der Erfindung sind der nun folgenden näheren Beschreibung eines nur beispielhaften, in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels zu entnehmen, die den Erfindungsgegenstand schematisch veranschaulichen. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht der gemäß dem Verfahren der Erfindung montierten Endverankerung als Ganzes,

Fig. 2 eine detaillierte Ansicht als Halbquerschnitt des Endverankerungsglieds, und

Fig. 3 eine Schnittansicht der aus einem Strang bestehenden Montageeinheit, deren zwei Enden jeweils mit einem Befestigungselement versehen sind.

Wie man den Fig. 1 und 3 entnehmen kann, umfaßt die erfindungsgemäße Montageeinheit im wesentlichen einen pultrudierten Strang 3, ein Geflecht 2, 2′, das auf einer bestimmten Länge des Strangs angeordnet ist, sowie die Einrichtung zur Endverankerung bzw. das Befestigungsglied 1, 1′.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der eine Festigkeit von 4600 daN aufweisende Strang aus einer Gruppe von 32 Fäden mit 12 000 Carbonfasern hoher Festigkeit, die mit einem hitzehärtbaren Harz imprägniert sind, das auf 100 Gewichtsteile Epoxidharz 27,5 Gewichsteile Amin als Vernetzer besteht. Nach dem Ablängen des Strangs entsprechend seiner vorgesehenen Anwendung und nach einer Behandlung mit Schleifmitteln wird der Strang mit einem Lösungsmittel (wie zum Beispiel Aceton) auf dem Teil gereinigt, der mit dem Geflecht umgeben werden soll. Letzteres, das zum Beispiel aus Glasfasern besteht, wird mit einem vernetzbaren Harz, wie zum Beispiel dem obengenannten Harz auf der Basis Epoxid-Amin, vorimprägniert und danach auf eine Länge zugeschnitten, die mindestens der Länge des Verankerungsglieds entspricht. In der Praxis ist die Dimensionierung dieser Länge insofern wichtig, als sie die Endfestigkeit des hergestellten Seils festlegt. Meist beträgt sie etwa 3 bis 4 mal die Länge des Verankerungsglieds, so daß beim obengenannten Beispiel unter Anwendung von Carbonfaser, wobei das hitzehärtbare Harz eine Zugscherfestigkeit von 2,4 daN/mm² besitzt, die Klebelänge bei 94 mm festgelegt wird, was einer Festigkeit von 4610 daN entspricht und zu einer Länge des Strangs aus Carbonfasern von 4600 daN paßt. Diese Länge von 94 mm wird dann auch die Länge des Verankerungsglieds bzw. -glieder sein.

Die Anwendung eines zum Beispiel hier aus Glasfasern bestehenden Strangs ist besonders vorteilhaft, weil die Fasern in bezug auf die Achse des Strangs geneigt sind. Diese Fasern sind am Umfang des Strangs schraubenlinienförmig angeordnet, was bei Zugbelastung die selbstspannende Wirkung am Verankerungsglied begünstigt und es ermöglicht, die Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Einheit zu erhöhen.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann das Geflecht vor dem Vernetzen des Imprägnierharzes mit einer Hülle aus hitzeschrumpfbaren Plastikstoff versehen werden, der dank des Phänomens der Schrumpfung den überschüssigen Imprägnierstoff zu entfernen und sonst mögliche Klebefehler zu vermeiden vermag.

Das auf diese Art zugeschnittene sowie imprägnierte Geflecht wird dann auf den Strang aufgezogen, wonach das sich ergebende Gebilde unter Zugeinwirkung bis zum Ende des Geflechts in das Verankerungsglied eingeführt wird. Sodann wird das Verankerungsglied auf dieselbe Höhe wie das Ende des pultrudierten Strangs geführt und die das Verankerungsglied vorstehende Länge abgeschnitten. Das Gebilde wird dann auf einer zwischen 60° und 120°C liegenden Temperatur gehalten, um die Vernetzung bzw. Aushärtung des Klebe- und Imprägnierharzes zu gewährleisten.

Das Verankerungsglied 1, das aus einem Metall, wie zum Beispiel Titan oder aus einem synthetischen Polymeren, wie zum Beispiel Aramid, bestehen kann, besitzt vorteilhaft die Form eines Rohres, dessen glatte Innenwandung auf der ganzen Länge oder eine Teillänge mit Kreisrillen versehen ist. Gemäß einer Variante der Erfindung können diese Rillen ebenfalls schraubenlinienförmig sein. Gemäß dem in Fig. 2 detailliert gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verankerungsglied auf der Höhe der das Festziehen ermöglichenden Abflachung mit einer geringfügigen Schulter 5 versehen, die durch ein Gewindeteil verlängert wird, das eine Verbindung mit einer Verankerung oder mit einer Endabdeckung ermöglicht, um die Kräfte aufzunehmen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung von Tragseilen hoher Festigkeit und extrem großer Betriebssicherheit. Wenn man zum Beispiel, als Vergleich, eine Klebeverankerung nach herkömmlicher Methode an einem pultrudierten Strang aus Carbonfasern mit einem Durchmesser von 4 mm herstellt, ergibt sich eine Reißbelastung von 1500 daN, während andererseits bei einem nach der Lehre der Erfindung hergestellten Verankerung eine Reißbelastung von mindestens 2400 daN erreicht wird, wobei weiterhin das Verhalten des Systems in bezug auf Ermüdung wesentlich verbessert wird.

Die Anwendungen des Verfahrens sind vielfältig, wobei die folgenden Bereiche nur als Beispiele zu erwähnen sind: die Herstellung von Tragseilen und auf Zug belastbaren Seilen, Wanten, Verstärkungen für Untersätze, wie zum Beispiel OP-Tische, usw. Das Verankerungssystem gemäß Erfindung läßt sich ebenfalls bei Tragsystemen für elektronische Kabel oder für fiberoptische Kabel verwenden, wobei der elektrische Teil unter Abdichtung mit dem oben beschriebenen Verankerungsglied verbunden werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Befestigung von pultrudierten Strängen auf der Basis von Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprunges an Endverankerungs- oder Verbindungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) man ein Gewebe oder ein Geflecht, das aus anorganischem oder synthetischem Material besteht, um den Strang legt, der vorher mit einem polymerisierfähigen Klebematerial imprägniert worden ist,
• b) die so gebildete Einheit in das Verankerungsstück einführt und dann
• c) ein eingehüllten Teil des Strangs und das Verankerungsstück auf eine zwischen ca. 60° und 120°C liegende Temperatur erhitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pultrudierte Strang aus Carbonfasern, das Geflecht bzw. Gewebe aber entweder aus Glasfasern, Carbonfasern oder wohl aus synthetischen Polymeren besteht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsglied als ein aus einem Metall, wie zum Beispiel Titan, einer Metallegierung oder einem synthetischen Polymeren bestehendes Hohlelement ausgebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlelement ein Rohrstück ist, dessen glatte Innenwandung auf mindestens einer Teillänge mit kreisförmigen oder schraubenlinienförmigen Rillen versehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Geflecht vor dessen Einführen in das Verankerungsglied und der Vernetzung des polymerisierfähigen bzw. vernetzbaren Materials von einer Hülle aus hitzeschrumpfbaren Plastikmaterial umgeben wird.

6. Verwendung eines aus einem pultrudierten Strang (3), einem Umhüllungsgeflecht (2, 2′) und einem Endverankerungs- oder Verbindungsglied (1, 1′) bestehenden, nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Gebildes als Tragseil, dessen Befestigungen mit elektromagnetischen Kabeln oder faseroptischen Kabeln verbindbar sind.