EP4053350B1

EP4053350B1 - Lastabtragende halbzeugstruktur

Info

Publication number: EP4053350B1
Application number: EP21160799.9A
Authority: EP
Inventors: Bernd Dr. Schiller; Karl Radimersky; Lothar Prof. Kroll; Wolfgang Prof. Nendel; Marcus Klingelhöfer; Sebastian Iwan
Original assignee: Hauraton GmbH and Co KG
Current assignee: Hauraton GmbH and Co KG
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2024-01-03
Anticipated expiration: 2041-03-04
Also published as: EP4053350A1; EP4053350A8

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lastabtragende Halbzeugstruktur, nämlich einen Abdeckrost oder eine Schachtabdeckung für Entwässerungsrinnen, Ablauf- oder Einlaufkästen oder Schächte, umfassend seitliche Auflagerbereiche mit Längsträgern, sowie eine Mehrzahl zwischen den Längsträgern verlaufender Querrippen, wobei die Querrippen einen formstabilen Kern aufweisen, welcher zwischen einem oberseitigen Deckgelege und einem unterseitigen Deckgelege stoffschlüssig aufgenommen ist.
Eine derartige Halbzeugstruktur ist bereits aus der WO 2017/220487 A1 vorbekannt. Dort ist eine Schachtabdeckung beschrieben, welche eine oberseitige Platte unter Zwischenlage eines gerippten Kunststoffkörpers mit einem unterseitigen Verstärkungselement, wenngleich nicht stoffschlüssig, verbindet. Die durch die Schachtabdeckung aufzunehmende Last wird hierbei in das Verstärkungselement, und von dort in die Wandung des Entwässerungskörpers eingeleitet.
Entwässerungsrinnen werden sowohl im industriellen als auch im öffentlichen oder privaten Bereich eingesetzt. Ihre Aufgabe besteht darin, Oberflächenwasser von befestigten Flächen aufzunehmen und gezielt abzuleiten. Bei einem Großteil der Anwendungen müssen die Entwässerungsrinnen überfahrbar ausgeführt werden, denn die zu entwässernden Flächen, wie etwa Straßen, Parkplätze, Hof- und Industrieflächen sollen in ihrer gesamten Fläche zur Verfügung stehen.
Für diese Aufgabe werden geeignete Abdeckungen oder Abdeckroste verwendet, die den im Boden eingebetteten Rinnenkörper einerseits vollständig überdecken, da jedoch andererseits wasserdurchlässig sind, damit das zulaufende Oberflächenwasser abfließen kann. Um ein ungewolltes Ausheben der Abdeckungen beim Überfahren zu verhindern, werden die Abdeckungen in der Regel fest mit dem Rinnenkörper verbunden. Dies geschieht entweder kraftschlüssig durch Verschraubung oder über ein Schnellverschlusssystem, bei welchem die in eine Rinnenzarge eingelegte Abdeckung formschlüssig zurückgehalten wird.
Die EN DIN 1433 klassifiziert Entwässerungssysteme in unterschiedliche Belastungsklassen, beginnend von der Klasse A für ausschließlich für Fußgänger und Radfahrer vorgesehene Verkehrsflächen bis hin zur Klasse F für Flächen, die mit besonders hohen Radlasten befahren werden können, wie etwa Flugbetriebsflächen. Je nach Anwendung müssen die Entwässerungssysteme, insbesondere deren Abdeckungen, sehr hohe statische und dynamische Belastungen aufnehmen können. Daher weisen Abdeckungen in einem unteren Bereich tragende Strukturen in Form von Rippen oder Waben auf, über welche die Belastungen aufgenommen werden können. Die Strukturen sind so ausgelegt, dass aufgrund ihrer Geometrie, also Struktur und Bauteildicke, sowie aufgrund des eingesetzten Werkstoffes erhebliche Belastungen übertragbar sind.
Klassische Werkstoffe für Abdeckroste sind der Sphäroguss, sowie feuerverzinkter Stahl oder Edelstahl. Die DE 102014104744 A1 beschreibt die Geometrie der Tragstruktur einer Rinnenabdeckung aus Sphäroguss. Dabei nimmt die Dicke der Träger in den Bereichen zu, wo die Zugspannung am höchsten ist. In Bereichen mit niedriger Zugspannung nimmt die Dicke der Träger ab. Die Lastaufnahme erfolgt hier über materialtechnisch homogene Tragstrukturen.
Für einfachere Anwendungen bis Klasse C gemäß EN DIN 1433 bzw. DIN 19580 werden Abdeckungen auch aus Kunststoffen im Spritzgussverfahren hergestellt. Für höhere Anforderungen im Hinblick auf die Belastbarkeit, wie sie etwa im Straßenbereich vorkommen, sind derzeit keine Kunststoffabdeckungen bekannt.
Dies hängt mit den gegenüber Stahl bzw. Stahlguss schlechteren mechanischen Werkstoffeigenschaften der Kunststoffe zusammen. Um in höhere Belastungsklassen zu gelangen, muss gegenüber Stahl bzw. Stahlguss deutlich mehr Material eingesetzt und daher mit massiveren Konstruktionen gearbeitet werden. Darüber hinaus sind die für die technische Lösung notwendigen technischen Kunststoffe, etwa Polyamid (PA) oder Polyphthalamid (PPA), die zudem mit Kurz- oder Langglasfasern gefüllt sind, deutlich teurer als beispielsweise Stahlguss.
Dabei bieten Abdeckungen aus Kunststoff durchaus auch zahlreiche Vorteile. Zunächst sind sie rostfrei und antimagnetisch, wobei letzteres insbesondere bei einem Einsatz im Bereich von Bahnsteigen aufgrund der dort bestehenden magnetischen Felder vorteilhaft ist. Auch weisen sie einen hohen Dämpfungsgrad auf, was im Betrieb auftretende Störgeräusche reduziert. Lärmbelästigung durch Klappergeräusche wird vermindert oder findet gar nicht statt.
Das geringe Gewicht von Abdeckrosten aus Kunststoff sorgt darüber hinaus für eine einfache Handhabung beim Einbau und einen schnellen und günstigen Transport. Das Herausnehmen der Abdeckungen, um ein Reinigen der Rinnenkörper zu ermöglichen, ist einfach und ohne großen Kraftaufwand möglich. Kunststoffabdeckungen können zudem maßgenau hergestellt werden, was eine hohe Funktionsintegration und hochwertige Designs ermöglicht.
Um Kunststoffe für hohe Belastungsfälle nutzbar zu machen, werden diese mit anderen Komponenten kombiniert. Faserverbundkunststoffe oder auch faserverstärkte Kunststoffe sind eine Untergruppe der Verbundwerkstoffe. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Fasern die Kunststoffe verstärken und auf ein höheres mechanisches Niveau anheben. Entscheidend ist dabei das Zusammenspiel zwischen Faser und Kunststoffmatrix. Fasern allein können zwar hohe Zugkräfte aufnehmen, aber keine auf Biegung oder Druck beanspruchte Bauteile darstellen. Unverstärkte Kunststoffe können zwar Bauteile sein, sind aber etwa im Fall duroplastischer Reaktionsharze teilweise spröde oder im Fall von Thermoplasten zu flexibel. Erst durch Kombination von Fasern und Kunststoff und die feste Anbindung der Kunststoff-Matrix an die Fasern können hochbelastbare Bauteile produziert werden.
Die DE 102015101672 A1 beschäftigt sich mit faserverstärktem Kompositmaterial und einem Herstellungsverfahren dafür. Es werden zwei faserverstärkte Komponenten beschrieben, die verfahrensbedingt eine bessere Haftungsfestigkeit erlangen. Die DE 10105812 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Halbzeugs. Hierbei handelt es sich um eine faserverstärkte Komponente. Die EP 2679377 B1 beschreibt ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung der Faserorientierungen in einer Flüssigkeit mit Polymerketten für das Spritzgussverfahren mit Hilfe von Simulation. Das Verfahren behandelt Kurz- und Langfasern.
Weiter kennt der Stand der Technik zahlreiche Beschreibungen von Verbundwerkstoffen. So ist auf die EP 1901912 B1 , die EP 0956193 A1 und die EP 1868796 B1 zu verweisen, bei denen thermoplastisch verformbare Verbundkörper aus Halbzeugen beschrieben sind. In der EP 2791409 B1 und der WO 2010139077 A1 geht es um einen flächigen Verbundwerkstoff aus zwei Komponenten.
In der WO 2017009152 A1 wird ein holzfurnier-beschichteter Kunststoffformkörper beschrieben. Die Deckschicht besteht hier aus Holz; die Materialstärke liegt zwischen 0,05 und 6,0 mm. Es handelt sich um dünnwandige Strukturen, die für den Automobilbereich vorgesehen sind. Die DE 10105813 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastisch verformbaren, faserverstärkten, dünnen Halbzeugs, während in der DE 10114553 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines dicken, thermoplastisch verformbaren, faserverstärkten Halbzeugs beschrieben ist.
Die EP 1714772 A1 beschreibt einen thermoplastisch verarbeitbaren Verbundwerkstoff aus mindestens einer Faservliesschicht aus Thermoplastfasern und gegebenenfalls Verstärkungsfasern, sowie einer Gewebe- oder Gelegeschicht aus Verstärkungsfasern, wobei die Schichten zusammengenadelt sind.
Auch die in der EP 1719611 A1 geht es um ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastisch verformbaren, faserverstärkten Halbzeugs, bestehend aus zwei faserverstärkten Komponenten. In der EP 1770115 A1 wird ein weiteres faserverstärktes, flächiges Halbzeug beschrieben.
Die EP 1890868 B1 beschreibt eine biegesteife Verbundplatte aus zwei faserverstärkten Komponenten. Die EP 2374611 A1 betrifft eine Betonschaltafel aus Leichtkunststoff mit einer Kernschicht aus Polypropylen, das Luftporen enthält und mindestens einer Deckschicht aus kompaktem Polypropylen.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine lastabtragende Halbzeugstruktur, nämlich einen Abdeckrost oder eine Schachtabdeckung für Entwässerungsrinnen, Ablauf- oder Einlaufkästen oder Schächte zu schaffen, welche aus Kunststoff besteht und sowohl leicht als auch antimagnetisch, dennoch aber ausreichend belastbar für Verkehrsflächen und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.
Dies gelingt durch eine Halbzeugstruktur gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Sinnvolle Ausgestaltungen einer solchen Halbzeugstruktur können den sich anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, eine aus dem Stand der Technik bekannte lastabtragende Halbzeugstruktur, nämlich einen Abdeckrost oder eine Schachtabdeckung für Entwässerungsrinnen, Ablauf- oder Einlaufkästen oder Schächte, umfassend seitliche Auflagerbereiche mit Längsträgern, sowie eine Mehrzahl zwischen den Längsträgern verlaufender Querrippen, wobei die Querrippen einen formstabilen Kern ausweisen, weiterzuentwickeln.
Beste mechanische Eigenschaften werden in einem Verbundwerkstoff erreicht, wenn dessen Fasern endlos und gleichsinnig ausgerichtet, also unidirektional und isotrop, eingebracht werden. Abminderungen gibt es, wenn die Fasern endlich und ungerichtet, also anisotrop, vorliegen. Letzteres ist in der Regel beim Spritzgießen der Fall. Beim Pressverfahren kann demgegenüber ein isotroper Zustand hergestellt werden. Die Erfindung sieht aus diesem Grund vor, einen Abdeckrost zu schaffen, bei dem die oberseitige Deckgelege und die unterseitige Deckgelege jeweils aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff mit gleichsinnig ausgerichteten Langfasern oder, besonders bevorzugt, Endlosfasern gebildet sind. Hierbei können die Deckgelege je nach Anwendung jeweils einschichtig oder mehrschichtig ausgeführt sein.
Gerade bei strukturtragenden Komponenten im Bauwesen unterliegen die Materialien sehr hohen statischen und dynamischen Lasten und werden aus diesem Grund hinsichtlich der Festigkeiten und Steifigkeiten in besonderer Weise gefordert. Folglich ist eine Verwendung von lang- oder endlosfaserverstärkten Halbzeugstrukturen zumeist unabdingbar. Dabei können diese hohen Beanspruchungen bei einer reinen Faser-Kunststoffverbund-Bauweise zu sehr dickwandigen Bauteilen mit Wandstärken im Bereich von 20-50 mm oder mehr führen, was für die Rinnenabdeckung nicht mit anderen Materialien vergleichbar und zum Teil auch nicht ressourceneffizient ist. Insbesondere bei einer Biegebeanspruchung eines dickwandigen Bauteils liegen die größten Druck- bzw. Zugspannungen und somit die höchsten Materialbeanspruchungen an den Außenflächen vor. Keine Spannungen treten hingegen in der so genannten neutralen Zone auf, welche die Ebene des geometrischen Schwerpunktes der Querschnittsfläche darstellt.
Ein solcher mechanischer Spannungszustand ist der Ansatzpunkt für die Erfindung. Durch die Kombination von Materialien unterschiedlicher textiler Strukturen, Faserverstärkungsarten und variierender Faservolumengehalte ergibt sich ein mehrschichtiger funktional-gradierter Multimaterialverband.
Endlosfaserverstärkte, unidirektionale Deckgelege ermöglichen zusammen mit biege- und beulsteifen, gradierten Kernmaterialien eine leichtere Bauweise bei gleichzeitiger Aufnahme hoher Lasten. Damit kann bei dickwandigen Strukturen ein effektiver Materialeinsatz erfolgen.
Die Pressmassen werden vorzugsweise als textile Flächengebilde, als Gelege oder Matten, aber auch in allen sonstigen Bereitstellungsformen wie formlosen Massen oder anderen Gebinden bereitgestellt. Dabei erfolgt eine sukzessive Reduzierung der mechanischen Eigenschaften, vor allem der Festigkeit und gegebenenfalls des Gewichtes des eingesetzten Materials vom Rand hin zur neutralen Biegezone im Kern des Bauteils. Hochfeste Materialien befinden sich in den Randbereichen aus Endlosfasern sowohl auf der Druck-, als auch auf der Zugseite des Bauteils. Im Kern des Bauteils befinden sich kurz- oder langfaserverstärkte und/oder ungefüllte Materialien. Im Ergebnis entsteht ein Abdeckrost, welcher an der Druckseite und der Zugseite aufgrund der dort eingelegten Verbundwerkstoffe mit Lang- oder Endlosfasern besonders belastbar ist, während der Kern der Konstruktion aus kostengünstigem und leichtem Material gebildet sein kann.
In bevorzugter Ausgestaltung können sich die ein- oder mehrschichtigen Deckgelege entlang einer Oberseite und entlang einer Unterseite der Querrippen bis in die Auflagerbereiche hinein erstrecken. Hierbei kann es ergänzend auch sinnvoll sein, die textilen Flächengebilde auch an seitlichen Flächen vorzusehen, um eine durchgehende Oberfläche zu erhalten.
Weiter kann bevorzugtermaßen der formstabile Kern aus einem Matrixmaterial mit Füllstoffen gebildet sein. Konkret können dafür thermoplastische Matrixsysteme, vorzugsweise Polyethylen oder Polyolefine, eingesetzt werden die entweder Füllstoffe aufweisen oder ungefüllt verwendet werden. Soweit Füllstoffe Verwendung finden, kann es sich hierbei mit besonderem Vorteil um thermoplastische Schäume oder um Hohlglaskugeln handeln, welche die mechanischen Eigenschaften und das Bauteilgewicht der Matrixsysteme beeinflussen.
Alternativ kann der formstabile Kern auch aus unverstärkten Thermoplasten, bevorzugtermaßen mit Verarbeitungsadditiven, gebildet sein.
Als Verarbeitungsadditive können Talkum, Calciumcarbonat oder Aluminiumhydrat Verwendung finden, welche bei Thermoplasten als Füllstoffe und Verstärkungsmittel eingesetzt werden. Während Talkum und Calciumcarbonat die Thermoformbarkeit der Thermoplaste verbessern, findet Aluminiumhydrat, oder auch Aluminiumhydroxid, wegen seiner flammhemmenden Eigenschaften Anwendung. Anstelle von Aluminiumhydrat kann insbesondere bei Verarbeitungstemperaturen über 200°C auch Magnesiumhydroxid verwendet werden.
In bevorzugter Ausgestaltung kann zwischen dem Kern und dem oberen, bereits in sich ein- oder mehrschichtigen Deckgelege und/oder zwischen dem Kern und dem unteren ein- oder mehrschichtigen Deckgelege wenigstens eine weitere Zwischenschicht angeordnet sein, welche mit den umliegenden Schichten der ein- oder mehrschichtigen Deckgelege stoffschlüssig verbunden ist. In konkreter Ausgestaltung kann die wenigstens eine Zwischenschicht aus einer faserverstärkten Matrix mit ungerichteten Kurz- oder Langfasern gebildet sein.
Bei den verwendeten Fasern, sei es in der Zwischenschicht oder in den Deckgelegen, kann es sich um Fasern aus Glas, Basalt oder Kohlenstoff, insbesondere um Naturfasern oder synthetische Fasern, oder um eine Mischung aus mehreren der vorgenannten Fasern, in jeweils einer oder mehreren Schichten handeln. Auch kommen Kohlenstoff- und Aramidfasern hierfür in Frage. Bei der Matrix handelt es sich vorzugsweise um einen thermoplastischen Kunststoff. Insbesondere kommen Polyolefine, Polyamid, Polybutylen-Terepthalate und Polycarbonate als Matrixmaterialien zum Einsatz.
Ergänzend kann mit einigem Vorteil das oberseitige Deckgelege mit einer Schutzschicht für einen mechanischen, medialen und/oder thermischen Schutz des oberseitigen Deckgeleges überzogen sein, wobei es sich bei dieser Schutzschicht vorteilhafterweise um einen gefüllten oder ungefüllten, thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Polyolefine oder Polyamid, handeln kann. Dies schützt zum Einen die in das obere Deckgelege eingearbeiteten Fasern, andererseits ermöglicht es, die Oberfläche des Abdeckrostes freier zu gestalten.
Insoweit kann die Schutzschicht besondere Merkmale wie in die Oberfläche eingebettete Reflektoren, eingeprägte Muster, rutschhemmende Elemente und/oder Markierungen aufweisen.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1: eine schematische Darstellung eines unter einem Druck stehenden Abdeckrostes,
Figur 2: eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines erfindungsgemäßen Abdeckrostes,
Figur 3: ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung quer durch eine Querrippe eines erfindungsgemäßen Abdeckrostes, sowie
Figur 4: ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung längs durch eine Querrippe eines erfindungsgemäßen Abdeckrostes.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen allgemeinen Abdeckrost 1, welcher auf zwei Auflagern platziert ist und auf den ein Druck 10 ausgeübt wird. Ein solcher Druck kann etwa beim Überfahren des Abdeckrostes 1 wirken, indem eine Gewichtskraft eines Fahrzeugs auf den Abdeckrost 1 wirkt. Zunächst wird der Abdeckrost 1 sich unter dem Druck 10 nach unten biegen. Hierbei entsteht an einer oberen Druckseite 11 eine Druckspannung 13, das Material des Abdeckrostes 1 wird also im Bereich der Oberfläche zusammengedrückt, da die Biegung des Abdeckrostes für eine Stauchung sorgt. Auf der gegenüberliegenden Unterseite des Abdeckrostes 1 hingegen befindet sich nun die Zugseite 12, wo sich das Material ausbaucht. Aufgrund der Wölbung des Materials auf der Zugseite 12 ist es dort einer Zugspannung 14 ausgesetzt. Mittig zwischen beiden Seiten befindet sich ein Kernbereich des Abdeckrostes 1, deren exakte Mittelebene die so genannte neutrale Zone 15 darstellt. Die neutrale Zone 15 ist spannungsfrei, die Druckspannung 13 wächst ausgehend von der neutralen Zone 15 in Richtung der Druckseite 11 an, die Zugspannung 14 in Richtung der Zugseite 12. Die verschiedenen Schichten des Abdeckrostes 1 sind also abhängig von der Schichttiefe unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt.
Figur 2 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Abdeckrostes 1, bei dem entsprechend den in Figur 1 wiedergegebenen Erkenntnissen ein Schichtaufbau wie folgt vorgesehen wird. In der Mitte des Schichtmodells, also in einem Materialkern einer Querrippe 4 des Abdeckrostes 1, befindet sich ein Kern 5, welcher keiner besonderen Druck- oder Zugbelastung standhalten muss. In diesem niedrig belasteten Bereich werden Materialien verwendet, welche dem Kern Stabilität geben. Es handelt sich hierbei um thermoplastische Matrixsysteme aus Polyolefinen oder Polyamid. Wahlweise können diese Füllstoffe wie thermoplastische Schäume oder Hohlglaskugeln enthalten, oder aus unverstärkten Thermoplasten mit Verarbeitungsadditiven wie Talkum, Calciumcarbonat oder Aluminiumhydrat hergestellt sein. Auch eine Schichtung mehrerer dieser möglichen Matrixsysteme zu einem Schichtkern ist erfindungsgemäß möglich.
An der Druckseite 11 ist hingegen ein oberseitiges, ein- oder mehrschichtiges Deckgelege 6 vorgesehen, welche die Druckspannung 13 aufnehmen kann. Hierfür eignen sich lang- oder endlosfaserverstärkte, thermoplastische Matrixsysteme aus Polyolefinen oder Polyamid mit Verstärkungsfasern aus Glas, Basalt, Kohlenstoff, synthetische oder Naturfasern, sowie deren Mischungen. Entsprechend wird mit einem an der Zugseite 12 vorgesehenen unterseitigen, ein- oder mehrschichtigen Deckgelege 7 verfahren, welche die Zugspannung 14 aufnimmt. Die Lang- oder besonders bevorzugt Endlosfasern, welche aufgrund ihrer Längsstruktur in der Lage sind, die in Längsrichtung wirkenden Kräfte in besonderem Maße zu absorbieren, sind in Unidirektionalgelegen, etwa als mit Matrixmaterial getränkte Fasermatten, vorbereitet und werden in eine Pressform eingelegt, die weiter schichtweise mit dem Material des Kerns 5 beaufschlagt wird. Hierbei können die Fasermatten durchaus auch rings um die Außenwandungen des entstehenden Abdeckrostes 1 gelegt werden, so dass der in Figur 3 gezeigte Rippenquerschnitt mit einem umlaufenden Deckgelege 6, 7 entsteht. Das oberseitige Deckgelege 6, wie auch das unterseitige Deckgelege 7 reichen in einer oder mehreren Schichten bis in einen Auflagerbereich 2 hinein, können aber auch um die seitlich die Querrippen 4 abschließenden Längsträger 3 herum verlaufen, um eine vollständige Außenhaut zu bilden. Bevorzugtermaßen wird dies jedoch nicht vorgesehen und das oberseitige, ein- oder mehrschichtige Deckgelege 6, wie auch das unterseitige, ein- oder mehrschichtige Deckgelege 7 enden beide, wie in Figur 4 gezeigt, noch vor dem Erreichen der Längskante.
Zwischen den ein- oder mehrschichtigen Deckgelegen 6 und 7 und dem Kern 5 der Querrippen 4 können zusätzliche vermittelnde Zwischenschichten 8 vorgesehen sein, welche die Bereiche mittlerer Zug- oder Druckbelastung ausfüllen. Diese bestehen insoweit aus thermoplastischen Matrixsystemen wie Polyolefine oder Polyamid, welche zwar faserverstärkt sind wie die ein- oder mehrschichtigen Deckgelege 6 und 7, jedoch nicht notwendigerweise mit Lang- oder Endlosfasern. Ausreichend sind in diesem Bereich Kurzfasern, bedarfsweise allenfalls Langfasern oder Mischungen hieraus. Während es sich bei den Endlosfasern um Fasern der Länge 50 mm bis hin zu tatsächlich durchgehenden Fasern handelt, haben die Langfasern eine Länge von einem bis 50 mm, die Kurzfasern hingegen 0,1 bis 1 mm.
Es entsteht durch die beschriebene Schichtung in dem Abdeckrost 1 ein Dichtegradient, da die Dichte des verwendeten Materials von außen nach innen abnimmt, während umgekehrt die Dicke der Schichten in gleicher Richtung zunimmt, so dass der Kern 5 die stärkste Schicht bildet, während die Deckgelege 6 und 7, trotzdem sie aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein können, die feinsten Schichten darstellen.
Vorstehend beschrieben ist somit eine lastabtragende Halbzeugstruktur, nämlich ein Abdeckrost oder eine Schachtabdeckung für Entwässerungsrinnen, Ablauf- oder Einlaufkästen oder Schächte, welche aus Kunststoff besteht und sowohl leicht als auch antimagnetisch, dennoch aber ausreichend belastbar für Verkehrsflächen und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Abdeckrost
2: Auflagerbereich
3: Längsträger
4: Querrippe
5: Kern
6: oberseitiges, ein- oder mehrschichtiges Deckgelege
7: unterseitiges, ein- oder mehrschichtiges Deckgelege
8: Zwischenschicht
9: Schutzschicht
10: Druck
11: Druckseite
12: Zugseite
13: Druckspannung
14: Zugspannung
15: neutrale Zone

Claims

Lastabtragende Halbzeugstruktur, nämlich Abdeckrost oder Schachtabdeckung für Entwässerungsrinnen, Ablauf- oder Einlaufkästen oder Schächte, umfassend seitliche Auflagerbereiche (2) mit Längsträgern (3), sowie eine Mehrzahl zwischen den Längsträgern (3) verlaufender Querrippen (4), wobei die Querrippen (4) einen formstabilen Kern (5) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der formstabile Kern (5) zwischen einem oberseitigen Deckgelege (6) und einem unterseitigen Deckgelege (7) stoffschlüssig aufgenommen ist, wobei das oberseitige Deckgelege (6) und das unterseitige Deckgelege (7) jeweils aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff mit einer oder mehreren Schichten aus gleichsinnig ausgerichteten Lang- oder Endlosfasern gebildet sind und gemeinsam mit dem formstabilen Kern (5) einen mehrschichtigen, funktionalgradierten Multimaterialverband bilden.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kern (5) und dem oberseitigen, ein- oder mehrschichtigen Deckgelege (6) und/oder zwischen dem Kern (5) und dem unterseitigen, ein- oder mehrschichtigen Deckgelege (7) wenigstens eine Zwischenschicht (8) angeordnet ist, welche mit den umliegenden Schichten (5, 6, 7) stoffschlüssig verbunden ist.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zwischenschicht (8) aus einer faserverstärkten Matrix mit ungerichteten Kurz- oder Langfasern gebildet ist.
Halbzeugstruktur gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Fasern um Fasern aus Glas, Basalt oder Kohlenstoff, insbesondere um Naturfasern oder synthetische Fasern, oder um eine Mischung aus mehreren der vorgenannten Fasern, handelt.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Matrix um einen thermoplastischen Kunststoff handelt.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das ein- oder mehrschichtige Deckgelege (6, 7) entlang einer Oberseite und entlang einer Unterseite der Querrippen (4) bis in die Auflagerbereiche (2) hinein erstrecken.
Halbzeugstruktur gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der formstabile Kern (5) aus einem Matrixmaterial mit Füllstoffen gebildet ist.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Füllstoffen um thermoplastische Schäume oder um Hohlglaskugeln handelt.
Halbzeugstruktur gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der formstabile Kern (5) aus unverstärkten Thermoplasten gebildet ist.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 5 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Thermoplasten um Polyolefine oder Polyamid handelt.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Thermoplasten als Verarbeitungsadditive Talkum, Calciumcarbonat oder Aluminiumhydrat beigemischt ist.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oberseitige, ein- oder mehrschichtige Deckgelege (6) mit einer Schutzschicht (9) für einen mechanischen, medialen und/oder thermischen Schutz des oberseitigen, ein- oder mehrschichtigen Deckgeleges (6) oder dessen Schutz vor ultravioletter Strahlung überzogen ist.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) aus einem gefüllten oder ungefüllten, thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
Halbzeugstruktur gemäß Anspruch 12 und/oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (9) eingebettete Reflektoren, eingeprägte Muster, rutschhemmende Elemente und/oder Markierungen aufweist.