DE4328012A1 - Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Bei praxisüblichen Schwimmkörpern, wie sie beispielsweise als Surfboards, Bootsrümpfe, Pontons oder als Landewerke für Wasser­ flugzeuge eingesetzt werden, besteht der Schwimmkörper aus je einer Ober- und Unterschale. Es findet hierbei eine Verklebung der Ober- und Unterschale an den Seitenflanken statt, die ohnehin die größte Last bei Durchbiegung und Stößen aufzunehmen haben. Ein bestimmungs­ gemäßer Schwimmkörper unterliegt vielfältigen Beanspruchungen unter statischer und dynamischer Last. Ein Surfboard z. B. ist einer extrem starken Belastung durch Wellenschlag, Berührung mit Hindernissen auf dem Wasser und Unterwasser, durch die Krafteinleitung durch Mast, Finnen und Fußschlaufen sowohl im Normalbetrieb als auch ganz besonders bei Sprüngen ausgesetzt. Auch beim Transport mittels Kraftfahrzeugen ist der als Surfboard eingesetzte Schwimmkörper starker Beanspruchung ausgesetzt.

Bisher mußten deshalb im seitlichen Verbindungsbereich dieser Schwimm­ körper bei der Verklebung der Ober- und Unterschale erhebliche Vor­ kehrungen zur Erzielung ausreichender mechanischer Festigkeit und Dichtigkeit vorgenommen werden, die niemals befriedigen konnten. In Fällen unsanfter Beanspruchungen, die im Sportbetrieb immer wieder vorkommen, ist die seitliche Klebeverbindung der Schwachpunkt aller Surfboards aus Faser-Verbundkunststoff. Bei Belastungstests ist dieser Bereich jeweils der Beginn des Versagens.

Ein Schwimmkörper für die genannten Einsatzbereiche muß so leicht wie nur irgend möglich sein, um sein Leistungspotential voll nutzen zu können. Man setzt deshalb in diesen neuralgischen Seitenbereichen bisher vergrößerte Wandstärken von Vollwandlaminaten ein. Bei erhöhter Sicherheit wird dabei jedoch leider eine enorme Zunahme des Struktur­ gewichtes in Kauf genommen. Stabilität und Gewichtsminimierung, die wichtigsten Kriterien beim Bau von Schwimmkörpern, mußten deshalb bisher vernachlässigt werden, da sie im Widerspruch zueinander standen.

Die vorliegende Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, die vorbeschriebenen Nachteile ausnahmslos zu vermeiden. Ein wichtiger Erfindungsgedanke ist die Verlagerung der Klebeverbindungen aus dem Seitenbereich in die Schwimmkörpermitte, aus dem gefährdeten in den sicheren Bereich. Dorthin, wo die geringsten dynamischen Beanspruchungen auftreten, wo ein lastaufnehmender Längsstringer zugleich ein statisches Sicherheitsmoment durch die Verbindung von Deck und Boden und Unterteilung in je eine rechte und linke Auftriebskammer bietet. Zugleich wird durch die konsequente Verwendung von Leichtbaumaterialien wie z. B. Wabenzellen­ kernmaterialien in Aramidfaser-Leichtbauweise das geringstmögliche Ge­ wicht bei zugleich größtmöglicher Beulsteifigkeit und höchster Zug­ festigkeit erreicht. Verfahrensbedingt besteht so die Möglichkeit, den Sandwicheffekt in allen Teilbereichen, auch in den formbedingten Run­ dungen der Seitenflanken ohne Bruchrisiko zu nutzen. Die Sandwichbauweise ermöglicht die höchstmögliche Stabilität von Leichtbaustrukturen. Eine einfache Wabenzellen-Sandwichstruktur besteht aus mindestens einem Waben­ zellenkern (2) und einer oberen und unteren Decklage (1, 1b). Um ein Bauteil bzw. ein Laminat biegesteifer zu machen, so erhöht man die Höhe des Wabenzellenkernes (2). So wird z. B. durch eine Verdoppelung der Kernhöhe eine Erhöhung der Biegesteifigkeit um 700%, bei einer Vervierfachung sogar eine solche von 3700% erreicht bei einer Gewichts­ zunahme von lediglich 3 bzw. 6%! Für das mechanische Verhalten der Wabenzellenbauweise, basierend auf der Sandwichstruktur ist das Doppel-T-Träger-Prinzip maßgebend. Bei einem Doppel-T-Träger als statisches Bauelement, auch Breitflanschträger genannt, werden die oberen und unteren Flansche (analog zu den Decklagen 1 und 1b bei der Wabenzellen-Sandwichstruktur) durch den Steg des Doppel-T- Trägers abgestützt wobei dieser druckbeansprucht wird (analog zu dem Wabenzellenkern 2).

Ein Nachteil bei der Verwendung von Wabenzellenkernen besteht darin, daß sie durch die Ausrichtung der Zellen senkrecht zu den Decklagen und die Anisotropie des Aramidfaserpapiers sich nicht auf einfache Weise verformen und sich damit den Rundungen, wie z. B. in den Seiten- Bereichen des Schwimmkörpers, anpassen lassen. Um relativ enge Radien in den Formen mit Wabenzellen belegen zu können, wird erfindungsgemäß die Kernhöhe (6) geteilt (3 und 4) und es werden Wabenzellenkerne mit vergrößertem Zellenquerschnitt verwendet. Ein Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, daß diese in der Höhe verringerten und/oder im Zellen­ querschnitt vergrößerten Wabenzellenkerne durch eine haftvermittelnde und abdichtende Faserschicht verbunden werden. Ein Wabenzellenkern mit geringer Kernhöhe und/oder größerem Zellenquerschnitt paßt sich den Formenradien sehr gut an und kann beliebig unter Zwischenlegung von haftvermittelnden Faserschichten (3 und 5) zu einem Mehrfachlagen­ verbund zusammengefügt werden. Es ist auf diese Weise möglich, selbst größte Wanddicken bei geringem Gewicht aufzubauen.

Nachfolgend werden einige Ausführungs- und Einsatzbeispiele des erfindungsgemäßen Schwimmkörpers aufgeführt:
Surfboards;
schwimmender Unterbau von Pontonbrücken;
Unterbau von Anlegern und Landungsbrücken;
Fahrwassermarkierungen;
Schwimmer von Katamaranen;
Landewerke von Wasserflugzeugen;
Stützschwimmer von Flugbooten.

Weitere Kennzeichen und Merkmale ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Doppel-T-Träger im Querschnitt zur Verdeutlichung des Sandwichprinzips,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Wabenzellenstruktur mit den beidseitigen Decklagen als funktionstüchtiger Verbund,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßer Mehrfachlagen-Verbund vor der Verpressung, perspektivisch gesehen,

Fig. 4 ein erfindungsgemäßer Mehrfachlagen-Verbund mit bereits zusammengefügten Wabenzellenkernen unter Einbeziehung der haftvermittelnden Faserschicht, perspektivisch,

Fig. 5 ein Schnittbild des Schwimmkörper-Seitenbereiches mit erkennbaren Mehrfachlagen an den Stellen kleiner Radien,

Fig. 6 eine Form für die Negativbauweise im Querschnitt,

Fig. 7 einen Schwimmkörper in der Draufsicht mit erkennbarer Trennlinie in der Schwimmkörper-Mitte,

Fig. 8 ein erfindungsgemäßer Schwimmkörper im Querschnitt im Bereich der größtem Breite mit erkennbarer Verklebung und lastaufnehmendem und wasserdichtem Längsstringer im Mittenbereich.

In eine Negativform wird ein Formentrennmittel zur Vereinfachung der späteren Entformung eingebracht. Als spätere Finish-Außen­ schicht wird danach eine Kunstharzfeinschicht in die Form eingebracht, wonach der lagenweise Aufbau der Laminatsschichten erfolgt. Nachdem zunächst die äußere Decklage (1) aus imprägniertem Faserkunststoff bzw. Prepreg in die Negativform eingebracht wird, legt man darauf die zugeschnittene Wabenkernschicht (6) und die innere Decklage (1b).

Im Seitenbereich mit kleinen Radien wird die Wabenkernschicht (6) nicht verwendet, da sie sich den Krümmungen 2- oder 3-dimensional nicht anpassen läßt. In diesem Bereich werden erfindungsgemäß dünnere Wabenkernschichten als Mehrfachschichten (4) unter Ein­ beziehung von haftvermittelnden Faserschichten (3 und 5) eventuell mit größerem Zellenquerschnitt eingesetzt. Die Basis-Wabenkern­ schicht (6) sowie die Mehrfach-Wabenkernschichten (3 und 5) erhalten eine gemeinsame innere Decklage (1b) ähnlich der äußeren Decklage (1). Nach Verpressung im Vacuum- bzw. Autoklaven-Verfahren entsteht so unter Hitzezuführung ein homogener, hochfester Verbund.

Vor dem Verkleben der beiden rechten und linken Schwimmkörperhälften kann alternativ eine der beiden Hälften mit einem Längsschott (11) versehen werden.

Eine Formeneinlage (11a) aus antiadhäsivem Material ermöglicht es, nach dem Verkleben der beiden Schwimmkörperhälften die Verbindungs­ naht mit einer verklebbaren Abdeckung (10) zu versehen, nachdem zuvor die Formeneinlage (11a) entfernt wurde.

Entscheidend für die Gesamtfestigkeit des Schwimmkörpers nach der Verklebung der beiden Hälften ist jedoch die erfindungsgemäße und lastaufnehmende Längsabschottung (11), die aus der Verklebungs­ naht ein hochwertiges statisches Element macht. Aus dem lamellen­ artigen Aufbau von jeweils mehreren Wabenkern-Längsstreifen (3) und zwischen ihnen angeordneten haftvermittelnden Faserschichten (3 und 5) entsteht ein hochbelastbarer Längsstringer, der den Decks- und Bodenbereich miteinander verbindet und den gesamten Schwimmkörper in zwei unabhängige Auftriebsräume unterteilt und somit zusätzliche Sicherheit bietet.

Vorzugsweise härten beide Schwimmkörperhälften in ihrer jeweiligen Negativform aus, bevor nach Einbringung der Längsabschottung (11) beide Formteile unter Verwendung der Passungen (7) mittig zusammen­ gefügt werden. Aus optischen Gründen und zur Erhöhung der Sicherheit kann die Abdeckung (10) aus beliebigem Material eingesetzt werden und zwar sowohl im Decks- als auch im Bodenbereich.

Claims (8)

1. Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmkörper, in einer Negativform gefertigt, aus je einer rechten und linken Hälfte bestehend in der Hoch­ achse mittig verbunden wird.

2. Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Schwimmkörperhälften im Bereich der Klebeverbindung beider Hälften eine wasserdichte und last­ aufnehmende Abschottung (11) in Schwimmkörperlängsrichtung er­ hält mit der Wirkung eines Längsstringers.

3. Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwimmkörperinneren zwischen Ober- und Unterseite diese miteinander verbindend mittig Wabenzellen-Mehrfachlagen (3, 5) verwendet werden.

4. Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenbereich von Rundungen in Schwimmkörperlängsrichtung Wabenkernmehrfachlagen (3, 4) unter Einbeziehung einer Faserkunst­ stoff-Zwischenschicht (5) verwendet werden, deren Zellen-Quer­ schnitt vergrößert und/oder deren Zellen-Kernhöhe gegenüber der Basis-Wabenkernschicht (6) verringert ist.

5. Schwimmkörper in Wabenzellenbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenbereich partielle Verstärkungen durch Mehrfachlagen (6, 3) vorgenommen werden, um in diesen begrenzten Bereichen die Stabilität zu vergrößern und/oder das Ein- oder Anbringen von Beschlagsteilen zu ermöglichen.

6. Verfahren zur Herstellung des Schwimmkörpers nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laminats- und Wabenkern­ schichten (1, 1b, 2, 3, 4, 5) beider Schwimmkörperhälften in einer einseitig, im Bereich der späteren Verbindung, offenen Negativ­ form (9) im Vacuum- bzw. Autoklaven-Preßverfahren unter Hitze­ zuführung aus kunstharzimprägnierten Fasergeweben, Fasergelegen oder Vliesstoffen aushärten.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenkernschichten (4, 6) aus Papier auf der Basis von aro­ matischem Polyamid, Phenol, ABS oder extrudiertem Polycar­ bonat bestehen.

8 Verfahren nach Anspruch 6,. dadurch gekennzeichnet, daß als Imprägnierharz ein Kunstharz auf der Basis von Epoxid, Phenol, Polyester, PVC oder Polyethylen verwendet wird.