DE9115518U1 - Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper - Google Patents

Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper

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Description

SPARING - RÖHL · HENSELSH,
PATENTANWÄLTE \ &Ggr; &idiagr; =■*"
EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
Dipl.-lng. Helmut Marsch (1934-1979) Retheistraße 123
Dipl.-lng. Klaus Sparing Postfach 140 443
Dr. rer. nat. Wolf Horst Röhl D-4000 Düsseldorf 1
Dr. rer. nat. Daniela Henseler
Telefon: (0211) 671034
SPARING, RÖHL, HENSELER POSTFACH 140443 D-4000 DÜSSELDORF 1 &Tgr;&bgr;&Igr;&bgr;&iacgr;&thgr;&KHgr;: (0211) 663420
Telex: 858 2542 spro d
Parabeam Industrie- en
Handelsondernemig B.V.
Hoogeindsestraat 49
NL - 5705 Heimond 7/153 PR
Faserverstärkter Kun ststoffhöh1körper
Die Erfindung betrifft einen faserverstärkten Kunststoffhohl körper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige faserverstärkten Kunststoffhohlkörper werden durch Wickeln harzgetränkter Rovings oder Kombinationen verschiedener Glasseidenmaterialien auf einer rotierenden Trommel bzw. Kern hergestellt, wobei als Harze vorzugsweise die zu einem Duroplast härtenden Polyester- und Epoxidharze verwendet werden. Die Wicklung kann in verschiedenen Mustern mit wählbaren Steigungswinkeln und Schichtenzahl erfolgen, wobei vorzugsweise Wandstärken von 1 bis 4 cm aufgebaut werden. Wegen der hohen Belastbarkeit können diese Kunststoffhohlkörper als Druckrohre, Tankbehälter, Türme und dgl. Verwendung finden. Als nachteilig hat sich jedoch der langsame Aufbau der Wanddicke und die Gefahr des Durchsickerns von Leckage erwiesen.
Bekannt ist es deshalb auch, faserverstärkte Kunststoffhohlkörper aus zwei Deckschichten harzgetränkter Rovings zu wickeln, zwischen denen eine Kernschicht aus einem schaumförmigen Kunststoff im Handauflegefahren eingelegt wird. Ein schneller Wanddickenaufbau wird durch den schaumförmigen Kunststoff erreicht. Der schaumförmige Kunststoff ist aber nicht alterungsbeständig, da er sich im Laufe der Zeit zersetzt. Die Verwendung solcher Kunststoffhohlkörper für Rohre oder Tanks zum Transport und Lagern von Chemikalien oder Öl ist daher umweltgefährdend.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen faserverstärkten Kunststoffhohlkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der hochbelastbar ist und dabei einen schnellen Aufbau der Wanddicke erlaubt und sicher in bezug auf die Gefahr des Durchsickerns von Leckage ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird ein faserverstärkter Kunststoffhohlkörper geschaffen, der durch das Einlegen einer den Hohlkörper auskleidenden, doppelwandigen Haut aus einer unaufgeschnittenen Doppelpolware eine Sicherheitswand besitzt. Die nach Härtung des Harzes versteifte Doppelpolware schließt zwischen der durch die versteiften Polfäden beabstandeten Ober- und Unterware einen Hohlraum ein, in dem Detektoren für eine Leckanzeige eingebaut werden können. Die Ober- und Unterware bilden zudem zwei hintereinanderliegende versteifte Wandungen, die den Hohlkörperraum nach außen abschirmen. Sollte durch die innenliegende Wandung ein Fluid durchsickern können, so wird dieses von dem Hohlraum aufgefangen und von der zweiten Wandung an einem weiteren Sickern nach außen gehindert. Die doppelwandige Haut erlaubt somit nicht nur ein frühzeitiges Erkennen einer Leckage, sondern verhindert auch deren Austritt zumindest während einer gewissen Zeitdauer.
Die doppelwandige Haut aus einer unaufgeschnittenen Doppelpolware kann insbesondere bei zylinderförmigen Körpern von einer Wicklung eines oder mehrerer Gewebebänder aufgebaut sein, wobei die Wicklung vorzugsweise mit seitlich offenen Bandkanten erfolgt. Diese Wicklungsschicht ermöglicht so den Aufbau eines durchgehenden, sich über den Hohlkörperraum erstreckenden Sicherheitshohlraums. Desweiteren kann bei kugelförmigen Kunststoffhohlkörpern die doppelwandige Haut aus einzelnen gefügten Segmenten bestehen.
Für die aus Kett- und Schußfäden bestehende Ober- und Unterware sowie die Polfäden können hochfeste Fasern, wie z.B. aus Glas, verwendet werden. Die
eingesetzten Fasern können dabei entweder als Stapelfasern zu Garnen versponnen sein oder als Mono- oder Multifilamente ausgebildet sein.
Die Polfäden können durch eine V- oder W-Bindung bei einer in Kettsamttechnik gewebten Doppelpolware eingelegt sein. Die Länge der Polfäden als Abstandshalter zwischen Ober- und Unterware kann 3 bis 8 mm betragen. Die Dichte kann in Abhängigkeit von dem Rauminhalt des Sicherheitshohlraums bei 20 bis 80 Polfäden/cm2 liegen.
Ein faserverstärkter Kunststoffhohlkörper hoher Steifigkeit wird durch ein Anordnen der Doppelpolware als Kernlage zwischen zwei harzgetränkten Wicklungen hochfester Fasern erreicht. Zur Glättung der Wicklung hochfester Fasern gegenüber der Kernlage können Glasmatten zwischengelegt sein.
Zur Harztränkung der hochfesten Fasern, insbesondere Rovings, kann ein härtendes Reaktionsharz vorgesehen sein, wie z.B. ungesättigter Polyester, Epoxide, Vinylester, Phenol-, PUR-, Silicon (SI)-, Polyimid (PI)- oder Polyamidimid (PAI)-Harze.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers,
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels· eines faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers,
Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers.
Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers 1, der einen zylinder- oder kugelförmigen Innenraum 2 umschließt. Der Innenraum 2 dient zur Lagerung bzw. Transport eines Fluids, besonders Chemikalien.
Der Kunststoffhohlkörper 1 umfaßt eine Wicklung 3 hochfester Fasern und eine Wicklung 4 eines oder mehrerer Bänder einer unaufgeschnittenen Doppelpolware. Die beiden Wicklungen 3, 4 sind übereinandergewickelt und durch eine Harzhärtung verdichtet. Die Wicklung 3 der hochfesten Fasern ist nach einem wählbaren Muster mit wählbaren Steigungswinkeln und Wicklungszahl über die Wicklung 4 der Doppelpolware gewickelt. Als hochfeste Fasern können Rovings oder Kombinationen anderer Glasseidenerzeugnisse eingesetzt werden.
Die Wicklung 4 aus unaufgeschnittener Doppelpolware bildet eine doppelwandige Haut, die den Innenraum 2 des Kunstoffhohlkörpers 1 auskleidet. Die unaufgeschnittene Doppelpolware besteht aus einer Ober- und Unterware 5, die beabstandet zueinander angeordnet sind und durch eingelegte Polfäden 6 miteinander verbunden sind. Die Ober- und Unterware 5 bilden somit zwei mit Abstand zueinander liegende Wandungen, die einen Sicherheits- oder Detektorraum einschließen, dessen Rauminhalt nur teilweise durch die Polfäden 6 ausgefüllt ist, wodurch ein Sicherheitshohlraum entsteht. Dieser Sicherheitshohlraum ist unterteilt in eine Vielzahl einzelner durch jeweils Reihen benachbarter Polfäden 6 begrenzter Sicherheits-Teilhohlräume 7. Die Harztränkung der Doppelpolware und damit die Härtung der Doppelpolware bewirkt eine Verdichtung der Ober- und Unterware 5 und eine Versteifung der Polfäden 6 ohne die Sicherheits-Teilhohlräume 7 auszufüllen. In den Sicherheits-Teilhohlräumen 7 sind vorzugsweise Leckage-Detektoren 8 angeordnet, die über die Umfangsflache des Innenraumes 2 verteilt angeordnet sein können.
Die Ober- und Unterware 5 bestehen aus verkreuzten Kett- und Schußfäden in einer Grundbindung oder abgeleiteten Bindung. Die Doppelpolware ist vorzugsweise in Kettsamttechnik gewebt, so daß die Polfäden 6 in Kettrichtung eingewebt sind, und zwar in einer V- oder W-Bindung. Die Länge der Polfäden, die als Abstandhalter den Abstand zwischen der Ober- und Unterware bestimmen, liegt zwischen 3 und 8 mm. Die Dichte liegt zwischen 20 und 80 PoIfä-
den/cm2. Als Fasermaterial für die Ober- und Unterware 5 und die Polfäden dienen hochfeste Fasern, wie z.B. Glasfasern, Kohlenstoffasern und Aramidfasern. Die verwendeten Fasern können dabei entweder als Stapelfasern zu Garnen versponnen sein oder als Mono- oder Multifilamente ausgebildet sein. Bei der Verwendung von Glasfasern können im Schuß auch teilweise Fasern eines thermoplastischen Materials eingewebt werden, vorzugsweise bis 25%.
Zum Aufbau der doppelwandigen Haut wird die Wicklung 4 durch ein oder mehrere Bänder der unaufgeschnittenen Doppelpolware hergestellt, wobei die Wicklung vorzugsweise mit seitlich offenen Bandkanten erfolgt. Eine Wicklungsschicht aus dem oder den Bändern der Doppelpolware wird vorzugsweise mit ihren Bandkanten nebeneinanderliegend gewickelt, wobei der Abstand benachbarter Bandkanten klein gewählt wird, vorzugsweise stoßen die in der wicklung benachbart liegenden Bandkanten aneinander. Die Bänder können in einer gewünschter Breite, vorzugsweise kleiner 90 cm, geschnitten oder unmittelbar, beispielsweise durch Weben, hergestellt sein. Gemäß Fig. 1 besteht die Wicklung 4 aus einer solchen Wicklungsschicht aus Doppel polware. Neben einer Wicklungsschicht der Doppelpolware können auch mehrere Wickelschichten übereinander gewickelt werden, wobei dann das oder die Bänder der folgenden Wickelschicht die Stoßkanten der vorherigen Wickelschicht überdecken. Die Stoßkanten aneinanderliegender Bänder der Wicklung 4 können auch von der Wicklung 3 aus einem gegebenenfalls vorverharzten Verkleidungsmaterial, wie beispielsweise ein Flachgewebe oder eine Vlies, hergestellt sein.
Zur Harztränkung der Wicklungen 3, 4 dient ein härtendes Reaktionsharz, wie z.B. ungesättigter Polyester, Epoxide, Vinylester, Phenole, PUR, Silicone (SI), Polyimide (PI) oder Polyamidimide (PAI). Ebenso geeignet sind UV-härtende Harze.
Zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers gemäß Fig. 1 wird auf eine rotierende Trommel bzw. Kern ein oder mehrere Bänder der unaufgeschnittenen Doppelpolware gewickelt, so daß die Wicklung 4 entsteht, und darüber eine Verkleidungsschicht, beispielsweise harzgetränkte Rovings, Vliese, Matten, Gewebe usw., gewickelt, so daß die Wicklung 3 entsteht. Die auf diese Weise erreichte Harztränkung führt auch zu einer Durchtränkung trocken gewikkelter Bänder der Doppe!polware. Je nach Wickelverfahren können jedoch auch
das oder die Bänder der Doppelpolware harzgetränkt gewickelt werden.
Desweiteren können die Bänder der Doppelpolware erst nach der Wicklung mit einem Reaktionsharz besprüht und nach der Härtung mit einer die Stoßkanten aneinanderllegender Bänder überdeckender Verkleidungsschicht, z.B. harzgetränkte Vliese, Matten, Gewebe usw., ummantelt sein.
Bei Kunststoffhohlkörpern, vorzugsweise Tanks, mit einem sogenannten Flachboden kann der zylinderförmige Teil eine Wicklung 4 umfassen, an die ein flächiges Bodenteil aus einer Doppelpolware unter Einschluß eines materialfreien Winkels angesetzt ist, der von einer äußeren Verkleidungsschicht überdeckt ist und damit ein Hohlraumverbindung zwischen dem zylinderförmigen Abschnitt und dem Bodenabschnitt bildet. Die Verkleidungsschicht wird vorzugsweise von einem erhärtbaren Flachgewebe oder Vlies gebildet.
Zum Aufbau der doppelwandigen Haut kann bei kugelförmigen Kunststoffhohlkörpern 1 die Doppelpolware aus einzelnen gefügten Segmenten bestehen.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines faserverstärkten Kunststoffhohl körpers 1, bei dem die Wicklung 4 aus unaufgeschnittener Doppelpolware als Kernlage zwischen einer äußeren Wicklung 3 hochfester Fasern und einer inneren Wicklung 9 hochfester Fasern angeordnet ist, wobei dieser Wicklungsverbund durch eine härtende Harztränkung der genannten Art verdichtet ist. Im übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen zu Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines faserverstärkten Kunststoffhohlkörpers, das sich gegenüber dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß zusätzliche Glasfasermatten 10, 11 zwischen den Wicklungen 3, 9 der hochfesten Fasern und der Wicklung 4 der unaufgeschnittenen Doppelpolware eingelegt und mitverdichtet sind. Im übrigen gelten wieder die vorstehenden Ausführungen zu Fig. 1.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Doppelpolware auch aus einer gewirkten Ober- und Unterware 5 bestehen.

Claims (15)

Ansprüche
1. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper, bestehend aus einer harzgetränkten Wicklung hochfester Fasern unter Verwendung eines härtenden Harzes, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Hohlkörperraum (2) auskleidende, doppelwandige Haut aus einer unaufgeschnittene Doppelpolware mit beabstandeter Oberware und Unterware (5) sowie bindenden Polfäden (6) in Form gefügter Segmente oder einer Wicklung (4) eines oder mehrerer Gewebebänder eingewickelt und gehärtet ist.
2. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelpolware aus Glasfasergarnen gewebt oder gewirkt ist, wobei im Schuß gegebenenfalls Fasern aus einem thermoplastischen Material einsetzbar sind.
3. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelpolware in Kettsamttechnik hergestellt ist.
4. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Polfäden (6) zwischen 3 und 8 mm liegt.
5. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ober- und Unterware (5) Detektoren (8) für eine Leckanzeige angeordnet sind.
6. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (8) verteilt über die Umfangsfläche der Hohkkörperinnenraumes (2) in zwischen der Ober- und Unterware (5) gebildeten Sicherheits-Teilhohlräumen (7) angeordnet sind.
7. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte zwischen 20 und 80 Polfäden/cm2 liegt.
8. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (4) aus Bändern der Doppelpolware besteht, deren Bandkanten nebeneinanderliegend angeordnet sind und von einer durch Harztränkung erhärtbaren Wicklung (3) derart umwickelt sind, daß die Stoßstellen benachbarter Bänder der Wicklung (4) überdeckt werden.
9. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (4) aus der Doppelpolware als Kernlage zwischen zwei Wicklungen (3, 9) hochfester Fasern angeordnet ist.
10. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelpolware in einem Schichtenverband zwischen zwei Deckschichten einer Wicklung (3, 9) hochfester Fasern und angrenzender Glasfasermatten (10, 11) angeordnet ist.
11. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfesten Fasern der Wicklungen (3, 9) Glasfaserrovings sind.
12. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (4) eines oder mehrerer Gewebebänder der unaufgeschnittenen Doppelpolware harzgetränkt wickelbar sind.
13. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Harztränkung ein duromeres Reaktionsharz dient.
14. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Gewebebänder der Wicklung (4) der Doppelpolware seitlich offene Bandkanten besitzen.
15. Faserverstärkter Kunststoffhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder der Wicklung (4) eine Breite kleiner 90 cm besitzen.
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