NL8001047A

NL8001047A - Versterkte buisconstructie en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

Info

Publication number: NL8001047A
Application number: NL8001047A
Authority: NL
Original assignee: Rockwell International Corp
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1980-08-28
Also published as: BE881884A; CA1148484A; IT1141244B; FR2449818A1; IT8020170A0; DE3006320A1; SE441383B; US4272971A; FR2449818B1; JPS55115618A; SE8001447L; JPH01158816U; GB2045391A; GB2045391B; CH645299A5

Description

~ f VO 141

Versterkte buisconstructie en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een versterkte buisconstructie, meer in het bijzonder óp een lichte buisconstructie en een werkwijze ter vervaardiging daarvan, waarbij de buisconstructie bestaat uit een buitenste metalen buis en een daarbinnen gele-5 gen samengestelde en buisvormige voering, welke aan de buis is gehecht.

Metalen buizen van verschillende doorsnede, zoals b.v., rond, rechthoekig enz., kunnen dienst doen als drijfas, trekstang, stilstaande as, dwarsorganen en stuurmiddelen en zij moeten norma-10 liter momenten van een krachtbron overbrengen aan middelen welke de energie in nuttige arbeid omzetten. In het geval b.v. van een automobiel en andere voertuigen, brengt de drijfas het moment van de transmissie over op de differentiaal, waar dit koppel wordt omgezet in de drijfkracht voor de achterwielen van het voertuig.

15 Buisvormige drijfassen voor automobielen zijn vervaardigd uit staal of een dergelijk materiaal en hebben een bepaalde diameter en dikte teneinde daaraan voldoende stijfheid te geven en weerstand te kunnen bieden aan het moment en de torsiewerking welke daarop wordt uitgeoefend.

20 Het grote gewicht van dergelijke assen verhoogt de produk- tiekosten aanzienlijk en leidt tot een groter brandstofverbruik van het voertuig terwijl ook de kritische trillingssnelheid wordt verlaagd, terwijl de as als geheel vrij duur is. Het verminderen van de dikte van de as om aan gewicht te besparen is geen bevre-25 digende oplossing, omdat, daar de as op torsie wordt belast, de langsstijfheid niet voldoende is om het drijvende koppel over te brengen resp. bestand is tegen de kritische snelheden.

De bovenbedoelde omstandigheden krijgen een nog grotere betekenis bij lange assen, zoals deze' worden gebruikt bij lang uit-30 gevoerde vrachtwagens. Gezien cfe grote lengte bestaat de drijfas 800 1 0 47 - 2 - uit twee of meer delen aangezien de verhouding gewicht en stijfheid van een enkele metalen aandrijfas zou resulteren in een zeer lage kritische snelheid. De meervoudige drijfassen zijn verbonden door een steunleger en een freemoonstructie. Daardoor wordt het 5 gewicht verhoogd en betekent dit ook een kostenverhoging van de drijfas als geheel als gevolg van extra delen welke worden vereist en extra werk nodig is bij het installeren daarvan.

Teneinde deze moeilijkheden te ondervangen zijn buisvormige constructies, zoals drijfassen, vervaardigd uit een samengesteld 10 materiaal. Deze materialen bestaan uit een harsmengsel dat ver sterkt is met lagen vezelmateriaal, zoals Kevlar, borium, of koolstof vezels. Dergelijke samengestelde buisvormige delen zijn evenmin bevredigend gebleken. Hoewel licht in gewicht en voldoende stijf zijn samengestelde, buisvormige delen niet bestand tegen 15 grote torsiekrachten. Bovendien is samengesteld materiaal onderhe vig aan beschadigingen door voorwerpen en invloeden van buitenaf. Scheurtjes in het vlak van het samengestelde materiaal als gevolg van rondvliegende objecten, kan aanleiding geven tot het loslaten van de laag en het onbalans van de as. Omstandigheden van buiten-20 af zoals vocht, chemische oplossingen en warmte, kunnen ook aan leiding geven tot het verbreken van de hechtende verbinding van het laminaat. Verbindingen van samengestelde constructies aan metalen delen zoals b.v. bij een drijfas, geven eveneens problemen. Hoewel gebruikers van voertuigen, in het bijzonder vrachtwagens, 25 gewichtsvermindering van het voertuig op prijs stellen, bestaat er toch een bepaalde weerstand in de vervanging van niet stalen drijfassen, gezien de mogelijkheid tot beschadigingen door voorwerpen en invloeden van buitenaf.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.458.374 betreft een werk-30 wijze voor het maken van een gevlochten buisvormig leger, met een voering uit polytetrafluorethyleen. De buisvormige constructie * welke aldus wordt verkregen, kan dienst doen als een kunststofle ger dat gevormd is om een voering uit polytetrafluorethyleen.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.014.184 beschrijft de voe-35 ring van een schroefas waarbij deze voering uit papieren buis in 80 0 1 0 47 Λ Λ - 3 - de holle cilindrische schroefas is bevestigd. Deze papieren voering bestaat uit flexibel materiaal en moet voldoende weerstand aan radiale druk bieden. De voering wordt gebruikt om trillingen in de schroefas te absorberen en te dempen.

5 Het Amerikaanse actrooischrift 4.089.ISO betreft een samen gestelde as. Het 'Amerikaanse actrooischrift 3.553.978 heeft betrekking op een samengestelde schroefas. Deze as bestaat uit een doren uit polyurethan met eindorganen terwijl een samengestelde buis op de doren die einddelen met elkaar verbindt.

10 Het Amerikaanse actrooischrift 3.372.462 beschrijft een werkwijze voor het vervaardigen van een met kunststof gevoerde metalen pijp. Voor deze methode wordt een kunststofbuis verhit om de buitendiameter te verkleinen welke buis vervolgens in de metalen buis wordt gezet waarvan de binnendiameter aanligt tegen de buiten-15 diameter van de kunststofbuis waarna het geheel wordt gekoeld zo dat de kunststofbuis expandeert en tegen de metalen buis komt aan te liggen. De kunststofvoering dient om de pijp gemakkelijk te kunnen steriliseren terwijl andere delen aan de pijp kunnen worden vastgezet door een rechtstreekse verbinding met de inwendige plas-20 tic buis in plaats van aan de metalen buis zelf. In geen geval is het hier de bedoeling de kunststofvoering te gebruiken voor het verhogen van de langsstijfheid van de buisconstructie. In dit verband wordt kunststof zoals polyvinylchloride, gebruikt dat bij verwarming krimpt in plaats van een samengestelde verharde voering 25 die is opgebouwd uit lagen vezelmateriaal in een verhard kunststof- mengsel.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een versterkte buisconstructie welke licht van gewicht, goedkoop en duurzaam is, en bestand tegen grote torsiekrachten.

30 De buisconstructie volgens de uitvinding is niet alleen licht in gewicht doch heeft een hoge kritische snelheid.

De versterkte buis volgens de uitvinding heeft een samengestelde, versterkende voering binnen een metalen buis.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een 35 versterkte buisconstructie met een samengestelde voering welke 80 0 1 0 47 - 4 - van buitenaf niet zichtbaar is en welke beschermd is tegen beschadiging en invloeden van buitenaf.

Bij lange vrachtwagens kan gebruik worden gemaakt van een enkelvoudige as in plaats van een meerdelige.

5 Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze om een dergelijke versterkte buisconstructie te vervaardigen.

De buisconstructie volgens de uitvinding bestaat in hoofd-zaak uit een metalen buis met een binnen- en een buitenvlak alsmede een verharde samengestelde, buisvormige voering binnen deze meta-10 len buis. De voering is aan het binnenvlak van de metalen buis ge hecht. De voering bestaat uit een aantal lagen vezelmateriaal in een verhard kunststofmengsel.

De voering verhoogt de langsstijfheid van de buisconstruc-tie. Bij het maken van de constructie wordt een laminaat uit een 15 aantal lagen vezelmateriaal in een niet verhard kunststofmengsel gevormd. Het laminaat wordt om een flexibele doren gewikkeld.

Deze doren met het laminaat wordt in de metalen buis gezet welke voorzien is van een binnenwand en een buitenvlak. Het laminaat wordt dan door verwarming tegen het binnenwandvlak van de buis ge-20 hecht. Het laminaat kan ook verharden voordat :dit in de buis wordt gezet en vervolgens zonder extra verharding aan het binnenwandvlak van de buis bevestigd.

Verdere bijzonderheden van de uitvinding worden onder verwijzing naar de tekening besproken. Daarin toont: 25 Fig.l een perspectivisch aanzicht van een versterkte buis constructie volgens de uitvinding in de vorm van een drijfas?

Fig.2 een doorsnede over de lijn II-II van fig.lj

Fig.3 in perspectivisch aanzicht het laminaat dat de voering volgens de uitvinding vormt, bestaande uit lagen, welke ge-30 scheiden zijn getekend, zodat de vezelrichting blijkt;

Fig.4 een perspectivisch aanzicht van de fabricagestap bij het vervaardigen van een drijfas volgens fig.l, waarbij het laminaat om de flexibele doren wordt gewikkeld;

Fig.5 een perspectivisch aanzicht van een geheel op een fle-35 xibele en steundoren gewikkeld laminaat; 800 1 0 47 ' i - 5 -

Fig.6 aen perspectivisch aanzicht van de wijze waarop het gewikkelde laminaat en de dorens in de metalen buis worden gezet;

Fig.7 een langsdoorsnede van een gewikkeld laminaat en de dorens wanneer deze zich voor de expansie van de flexibele doren 5 en het laminaat in de buis bevinden;

Fig.8 een langsdoorsnede bij het verharden en hechten van de versterkte buisvormige constructie waarbij de flexibele doren is geëxpandeerd zodanig, dat het laminaat tussen de flexibele doren en het binnenwandvlak van de metalen buis wordt samengedrukt; 10 Fig.9 een perspectivisch aanzicht van de versterkte buis- constructie en de einddelen welke daaraan bevestigd moeten worden; en lFig.10 een perspectivisch aanzicht van de versterkte buis-constructie terwijl de einddelen aan de metalen buis worden vast-15 gelast.

Hoewel de uitvinding wordt besproken met betrekking tot de voorkeursuitvoeringsvorm, betekent dit geen enkele beperking. Ook andere uitvoeringsvormen en wijzigingen liggen geheel binnen het raam van de uitvinding.

20 In fig.l en 2 is een versterkte buisconstructie weergege ven door 10 in de vorm van een drijfas. De constructie 10 bestaat uit een metalen buis 12 en einddelen 14 en 16, en een samengestelde voering 18 welke aan het binnenwandvlak 25 van de buis 12 is gehecht. De metalen buis 12 is cilindrisch weergegeven doch deze kan 25 ook een andere doorsnede b.v. een rechthoekige doorsnede, hebben.

De buis 12 bestaat in dit geval uit staal aangezien dit bij een voldoende dikte en buisdiameter een voldoende sterkte heeft zowel tegen torsie als buiging terwijl deze bestand is tegen voorwerpen en invloeden van buitenaf, zoals warmte en vocht. Hoewel staal de 30 voorkeur verdient kunnen ook andere materiaalsoorten, zoals alumi nium of titanium worden gebruikt. De einddelen 14 en 16 zijn zoals nog besproken zal worden, bij 20 en 22 aan de metalen buis 12 vastgelast. !.De einddelen 14 en 16 dienen als koppelingen voor het opnemen en doorgeven van het moment tussen die delen en de aandrij-35 ving van het voertuig.

800 1 0 47 - 6 -

De uitvinding omvat de bovenbesproken problemen bij het gebruik van een samengestelde voering voor het versterken van een metalen buitenbuis. Als gevolg van een verhoogde langsstijfheid, verkregen door de voering 18 kan de dikte van de buis 12 worden 5 verminderd, uiteraard rekening houdende met de torsiebelastingen.

Zoals reeds eerder opgemerkt, kunnen torsiekrachten ook met een dunnere metalen buis worden opgenomen, waarbij deze krachten werken op de lasverbindingan van de einddelen 14 en 16 en de metalen buis 12. Als gevolg van een dunnere buis 12 en het gebruik van een 10 lichte, samengestelde voering 18, zou de drijfas 10 als geheel min der wegen. Bij een gegeven lengte van de drijfas zal ook de kritische snelheid worden verhoogd. Daardoor kunnen ook langere drijfassen worden gemaakt bij een gegeven kritische snelheid waardoor ook meerdelige drijfassen voor lange vrachtwagens, voorzien van een 15 centraal leger en een steunconstructie, vermeden worden. Samenge stelde materiaalsoorten zijn normaliter sterk, licht in gewicht, taai, en zelfdragend, en bestaan doelmatig uit een vel uit harsmengsel dat versterkt is met lange evenwijdig lopende filamenten. Deze vellen kunnen enkel en meervoudig worden uitgevoerd en vervol-20 gens verharden tot taaie, harde, zeer sterke platen.

Na de vorming zijn deze nog niet verharde vellen flexibel en kunnen ze deformeren, en vormen zij platen welke bekleed kunnen worden en in verschillende vormen worden gebracht en vervolgens door verwarming worden gehard door deze onder invloed te brengen 25 van warmte en druk, waardoor taaie en sterke panelen ontstaan van grote sterkte als gevolg van de daarin aanwezige versterking door vezels.

Zoals blijkt uit fig.3 bestaat de voering 18 uit een aantal vellen of lagen. Het laminaat bestaat uit twee lagen 30 en 32. 30 Deze lajpn 30 en 32 hebben dezelfde afmetingen en vorm en worden op de gewenste lengte aan elkaar bevestigd ter vorming van een laminaat 18, zoals dit in fig.4 is getekend. De lagen 30 en 32 bestaan uit een harsmengsel dat versterkt is met vezelmateriaal in de vorm van doorlopende, gerichte en evenwijdig lopende filamenten 34.

35 De lagen 30 en 32 zijn aan elkaar gehecht door de kleefkracht van 80 0 1 0 47 * 4 - 7 - de harsmengsels in het materiaal zelf wanneer zij vooraf geïmpregneerd zijn, waarbij het hechten van de lagen 30 en 32 tijdens de verharding plaats vindt.

Bij het op elkaar brengen van de lagen van het laminaat moet 5 rekening worden gehouden met de vezelriohting. De vezels of fila menten 34 van de lagen 30 en 32 zijn zodanig gericht dat, wanneer de voering zich binnen de buis 12 bevindt, de vezels 34 in hoofdzaak evenwijdig aan d? langsas van de buis 12 lopen. De maximum stijfheid welke door de vezels 34 wordt gegeven, is in hun axiale 10 richting. Daardoor zal de constructie 10 als gevolg van de voering 18 een maximale langsstijfheid verkrijgen.

In fig.3 is de richting van de vezels weergegeven door de pijlen 36 en 38. De pijl 36 toont een oriëntatie van +5° terwijl de pijl 38 een oriëntatie van -5° ten opzichte van de as, welke e*en-15 wijdig loopt aan de evenwijdig lopende einden 40 en 42 van de lagen 30 en 32, vertoont. De reden dat de vezels 34 van de lagen 30 en 32 onderling niet evenwijdig lopen met een oriëntatie van 0°. is, dat het dwarse verloop het de vezels 34 van de laag 32 mogelijk maakt die van'de laag 30 te steunen, zodat het oprollep van het la-20 minaat 18 gemakkelijker gaat terwijl de vezels 34 gelijkmatig ver deeld worden over de lagen 30 en 32. Afhankelijk van de wijze waarop de voering 18 wordt gemaakt, kunnen de vezels 34 van de lagen 30 en 32 ook een oriëntatie van 0° hebben. Hoofdzaak is, dat het grootste gedeelte (normaliter tenminste 80%) van de vezels 34 een 25 oriëntatie hebben welke in hoofdzaak evenwijdig loopt, d.w.z. bin nen 10°, met de langsas van de buis 12. Het kan gewenst zijn dat een klein gedeelte van de vezels, b.v. 10%, een orXëntatie heeft van ongeveer 90°, d.w.z. in de omtreksrichting van de voering 18 loopt nadat deze voering aan de buis 12 is gehecht. Dit maakt dat 30 de voering 18 bij warmte gemakkelijker expandeert binnen de meta len buis 12. Eventueel kan een dunne laag of een aantal lagen met een vezeloriëntatie van 90° tussen de lagen 30 en 32 worden aangebracht.

Zoals blijkt uit fig.2 heeft de voering 18 een variabele dik-35 te welke vanaf het midden naar de einden toe schuin verloopt. Dit is het gevolg van de trapeziumvorm van de lagen 30 en 32, en het wikke- on n 1 0 A 7 - a - len van het laminaat 18 om de doren 52, zoals blijkt uit fig.4 en 5. Dit resulteert in een steeds kleiner wordende lengte van het laminaat 18 waardoor bij het rollen een overlapping ontstaat d.w.z. naar het midden wordt tijdens het rollen steeds meer lami-5 haat gevormd. Het doel daarvan is, zoals blijkt uit fig.5 en 7, dat de buitenomtrek van de voering 18 gehecht kan warden aan het binnenwandvlak 25 van de buis 12, over de windingen van het laminaat. Daardoor treedt een spreiding van de scheur- en kerfkrachten op welke de voering trachten los te werken van de binnenwand 25 10 van de metalen buis.

Voor het verkrijgen van een langsverstijving van een dunnere metalen buis 12, is het soort samengesteld materiaal dat wordt gebruikt voor de lagen 30 en 32, van belang meer in het bijzonder de vezels 34. Het kunstharsmengsel kan van elk geschikt type zijn 15 en is normaliter een polyamide of een epoxy. Bij de keuze van het samengestelde materiaal voor de voering 18 moet aan de navolgende voorwaarden worden voldaan:

Jl_ \ Jt_

dl DT

20 Waarin L en T een index betekenen voor de voering resp. de buis, D de dichtheid of het soortelijk gewicht en E de elasticiteits-modulus. De belangrijke overweging is hier de grotere langsstijf-heid voor de metalen buis 12 bij een lichter gewicht of soortelijk gewicht welke de drijfas 10 krijgt dan bij een dienovereenkomstige 25 vergroting in dikte van de metalen buis. Per eenheid van gewicht wordt dus een grotere stijfheid verkregen met een samengestelde voering dan met een metalen buis 12 alleen.

Het vezelmateriaal heeft een grotere elasticiteitsmodulus dan het metaal waaruit de buis bestaat. De elasticiteitsmodulus 30 voor de voering zou dan ongeveer gelijk zijn aan die van metaal.

Het gebruik van de zeer sterke vezels betekent, dat minder lagen noodzakelijk zijn voor de voering om de gewenste langsstijfheid te verkrijgen. Daardoor worden kosten en gewicht van de voering verminderd. Een te lage elasticiteitsmodulus voor de voering 18 zou 35 leiden tot een grotere dikte dan de binnendiameter van de buis 12, 80 0 1 0 47 ' - 9 - ♦ * d.w.z. er is niet meer voldoende ruimte over om de voering in de buis 12 te zetten. Geschikte vezels 34 bij een stalen buis 12 zijn in tabel A aangegeven.

Tabel A

2 5 Vezel Fabrikaat Elasticiteitsmodulus in N/cm

Pitch 50 Union Carbide 35 x 10®

Pitch 75 Union Carbide 52,5 x 10® g

Pan 50 Union Carbide 35 x 10

O

AS-1 Hercules Corp. 22,5-24,5 x 10 10 Hoewel in bovenstaande lijst kool- of grafietvezels zijn bedoeld, kunnen ook andere materialen worden gebruikt, d.w.z.

borium of Kevlar. Staal heeft een elasticiteitsmodulus van onge-2 veer 24:,3 N/cm . In elk van de bovenstaande gevallen heeft het ve-zelmateriaal een elasticiteitsmodulus welke groter is dan die van 15 het staal voor de buis 12. Wanneer de vezels worden opgenomen in een harsmengsel dan zal de elasticiteitsmodulus van de voering van de bovenstaande gegevens afwijken. Tabel B geeft de elasticiteitsmodulus van de vezels in een epoxylaminaat en de dichtheid, resp. het soortelijk gewicht daarvan.

20 Tabel B

Vezel Elasticiteitsmodulus Soortelijk gewicht

Pitch 50 19,6 x 10® 1,7

Pitch 75 31,5-35 x 106 1,7 AS-1 12,6-13,3 x 105 1,5 25 Staal heeft een soortelijk gewicht van ongeveer 7,8. Bij de verhoudingsproef als boven bedoeld met een vezel van het type Pitch 50, in een epoxymengsel, is gedeeld door gelijk aan

Q

4.52 x 10 . Dit is groter dan de verhouding E gedeeld door D_ 8 voor staal, welke gelijk is aan 1,02 x 10 . De verhouding voor de 30 voering is dus tenminste 400% groter dan de verhouding bij het me taal.

Uit fig.2 blijkt verder dat door het vastlassen van de einddelen 14 en 16 aan de metalen buis 12, terwijl de voering 18 zich daarbinnen bevindt, deze voering geheel wordt ingekapseld. Het bui-35 tenvlak van de drijfas 10 is dan geheel uit metaal. De samengestel de voering 18 is van buitenaf niet zichtbaar en beschermd tegen in- - 10 - vloeden van buitenaf b.v. tegen de drijfas 10 aanslaande steentjes of dergelijke, zo ook tegen water en in mindere mate warmte, waardoor de voering 1B op de verbindingsplaatsen zal loslaten. Door het gebruik van een niet-metalen voering 18 worden ook trillingen 5 in de drijfas gedempt.

De versterkte buisconstructie 10 wordt op een nog nader te beschrijven wijze vervaardigd. Zoals blijkt uit de fig.3, 4 en 5 worden de niet verharde lagen 30 en 32 tot een laminaat 18 samengevoegd. In de niet verharde toestand zijn de lagen 30 en 32 flexi-10 bel en kunnen gemakkelijk deformeren. Dit maakt het mogelijk de voering 18 tot een buis te rollen zoals weergegeven in fig.4 en 5. In fig.4 is het geval weergegeven dat de voering 18 om een holle cilindrische en flexibele doren 52 wordt gerold op een plat vlak b.v. een plaat 60. De doren 52 bestaat doelmatig uit silicoonrub-15 ber of een ander geschikt flexibel materiaal. Het laminaat 18 is zodanig om de doren 52 gewikkeld dat als gevolg van de wijze van wikkelen en de trapeziumvorm van het laminaat 18 Cin bovenaanzicht in ongewikkelde toestand, m.a.w. de vorm van het vlak van het laminaat in de niet gewikkelde toestand], een buisconstructie ont-20 staat met een variabele dikte van het laminaat 18. De buiteneinden van de buis omvatten vier laagdiktes terwijl in het midden de dikte bestaat uit 20 lagen. Voor het wikkelen wordt de flexibele doren 52 geplaatst om een holle cilindrische steundoren 54, zodanig, dat deze doren passend coaxiaal in de boring van de doren 52 ligt. 25 De doren 54 bestaat doelmatig uit metaal ter verhoging van de stijfheid. Aan de einden van de doren 54 bevinden zich verbin-dingsorganen 56 en 58. Het orgaan 56 sluit het ene deel van de doren 54 af, terwijl het andere eindorgaan 58 een boring heeft voor het aansluiten van een leiding 86 voor fluïdum onder druk, norma-30 liter lucht, welke in de doren 54 kan worden gevoerd. He.t geheel gewikkelde laminaat 18 is in fig.5 getoond.

Voor het in de buis 12 zetten wordt het stelsel 65 bestaande uit het gewikkelde laminaat 18, de flexibele doren 52, de steundoren 54 en de eindorganen 56 en 58 op het buitenvlak voor-35 zien van een kleefstaffilm,.normaliter uit hetzelfde materiaal als 800 1 0 47 * r - 11 - het harsmengsel dat wordt gebruikt voor het laminaat, b.v. epoxy, bekleed. Dit is een niet noodzakelijke doch: gewenste'handeling, aangezien het kunstharsmengsel in het laminaat zelf tijdens het harden kan werken als hechtlaag voor het verbinden van de voering 5 18 aan de buis 12 doch het aanbrengen van extra kleefstof op het buitenvlak verhoogt de sterkte van de verbinding. De film wordt doelmatig behandeld met een stof welke de kleefkracht van de kleef-laag tijdelijk vermindert. Als voorbeeld kan worden gebruikt poedervormig Cab-O-Sil. Deze stof kan eventueel tijdens verharding 10 in de kleefstof worden opgenomen zonder dat daardoor de kleef kracht wordt beïnvloed. Voor het inbrengen van het stelsel 65 in de buis 12 wordt het binnenwandvlak 25 van de buis 12 behandeld met een grondlaag. Een dergelijke grondlaag vergemakkelijkt het hechten van de samengestelde voering 18 aan de metalen buis 12 15 en beschermt de buis tegen oxydatie tijdens het hechten. De gom- laag kan door spuiten, dompelen of anderszins op het vlak 25 worden aangebracht.

Fig.6 toont de wijze waarop het stelsel 65 in de metalen buis 12 wordt gezet. De diameters van de dorens 52 en 54 zijn zo-20 danig bemeten, dat de buitendiameter van het gewikkelde laminaat 18 in het dikste punt iets kleiner is dan de binnendiameter van de metalen buis 12. Aldus kan het stelsel 65 zonder klemming in de buis 12 worden gebracht. Het stelsel 65 wordt doelmatig verticaal in de buis 12 geschoven zodat een zo klein mogelijke contactdruk 25 ontstaat tussen de kleeflaag van de voering 18 en het voorbehan delde vlak 26 van de buis 12. Deze handeling kan worden vereenvoudigd door het gebruik van een lier welke niet is weergegeven, waaraan de lus 70 is bevestigd die deel uitmaakt van een eindorgaan 56 en welke aan een sluithaak 72 is bevestigd. Fig.7 toont het stel-30 sel 65 nadat dit in de buis 12 is gezet.

Fig.8 toont het hechten en het gelijktijdig verharden van de voering 18 tegen het vlak 25 van de buis 12. De steundoren 54, welke uit metaal bestaat, heeft een aantal openingen in het buitenvlak daarvan; zie fig.7. Het eindorgaan 58 heeft een cilindrische 35 flens 82 aan het uiteinde daarvan. In de flens 82 bevindt zich een 800 1 0 47 - 12 - schroefdraadboring 84. Hierin Kan een leiding 86 worden geschroefd Cfig.7] met een uitstekend einde 88 dat schroefdraad heeft op de buitenzijde en welke kan samenwerken met de draadboring 84.

De leiding 86 is verbonden met een geschikte bron voor fluï-5 dum onder druk Cniet weergegeven). Afsluitmoffen 90 en 91 welke de flexibele doren 52 ten opzichte van de steundoren 54 afdichten, bevinden zich op de einden van de flexibele doren 52, welke buiten de einden van de metalen buis 12 uitsteekt. De afdichtmoffen 90 en 91 liggen aan de einden van de buis 12 zodanig, dat gedurende de 10 expansie van de flexibele doren 52 er geen lucht kan ontsnappen tussen de moffen en de bulseinden. Indien er ruimte aanwezig zou zijn dan zou de rubber slang in de luchtspleet kunnen expanderen hetgeen tot scheuren van de doren 52 aanleiding zou kunnen geven.

Om ervoor te zorgen dat de sluitmoffen 90 en 91 blijven afdichten 15 en niet van de buiseinden 12 worden afgeschoven, zijn bouten 92 en 93 aanwezig in de mof 90 en bouten 94 en 95 in de mof 91. De bouten 92 en 94 zijn onderling verbonden door een metalen band 100. Evenzo zijn de bouten 93 en 95 onderling verbonden door een metalen band 102. De banden 100 en 102 zorgen ervoor dat de moffen 20 90 en 91 niet van elkaar af kunnen bewegen. Klemdraden of 0-rin- gen 110 en 112 worden toegepast om de flexibele doren 52 ten opzichte van de doren 54 af te dichten. De 0-ring 110 is opgesloten tussen de doren 52 en de mof 90 terwijl de 0-ring 112 ligt opgesloten tussen de doren 52 en de mof 91. De moffen 90 en 91 kunnen bij 25 kamertemperatuur met een losse passing over de 0-ringen 110 en 112 worden geschoven. Tijdens het verharden en hechten, dat plaatsvindt bij verhoogde temperatuur, zal het rubber van de 0-ringen 110 en 112 langer worden en gaan uitzetten. Door dit uitzetten zal de passing van de 0-ringen 110 en 112 tussen de moffen en de flexibe-30 le doren 52 kleiner worden, derhalve de afdichting worden verbe terd. Deze manier van afdichten maakt het mogelijk dat de flexibele doren 52 in lengterichting kan expanderen zonder dat de binnenwand wordt beïnvloed.

Het laminaat 18 zal tegen het vlak 25 van de buis 12 verhar-35 den terwijl tegelijkertijd een hechting aan die wand 25 plaats 80 0 1 0 47 - 13 - vindt. Het is ook mogelijk het laminaat van de voering 18 te laten verharden voordat dit in de buis 12 wordt gezet waarna de hechting tegen het vlak 25 van de buis 12 plaats vindt. Dit betekent echter een extra bewerking terwijl gebleken is dat de hech-5 ting van de voering 18 aan het vlak 25 minder goed is. Tijdens het hechten en verharden wordt het in fig.8 weergegeven stelsel in een niet weergegeven oven geplaatst waarbij de temperatuur wordt opgevoerd tot de verhardingstemperatuur, d.w.z. deze ligt normaliter in de orde van grootte van 120 - 315°C bij voorkeur Ï75°C, 10 in geval van een epoxylaminaat met grafiet. Wanneer het stelsel eenmaal is verhit tot de verhardingstemperatuur of tegelijk niet de verwarming, wordt fluïdum onder druk in de doren 54 toegelaten.

2

De druk is normaliter tussen 31,5 en 70 N/cm .

Normaliter wordt samengeperste lucht met een druk van onge-15 veer 60 N/cm gebruikt. De samengeperste lucht in de doren 54 pas seert door de openingen 80 en in combinatie met de verhoogde tempe-' ratuur zal de flexibele doren 52 buitenwaarts naar het vlak 25 van de metalen buis 12 expanderen. Hierdoor zal ook de voering 18 buitenwaarts tegen het vlak 25 van de buis 12 worden aangedrukt.

20 Deze omstandigheden worden ongeveer 1 uur gehandhaafd, waarna de voering 18 verhard is en aan het binnenvlak van de buis 12 hecht.

Als gevolg van de buigzaamheid van het niet verharde laminaat 18 zal het gehele buitenvlak van het gewikkelde laminaat 18 in contact · komen met het vlak 25 zelfs ofschoon de voering 18 in dikte vanaf 25 het midden naar de uiteinden afneemt. De einden van de buisvormige voering 18 expanderen derhalve verder naar het middengedeelte daarvan teneinde in contact te komen met het vlak 25. Na het verharden zal de voering 18 echter vanaf het midden naar de einden toe dunner worden. Zoals blijkt uit fig.2 is het echter het binnenvlak van de 30 voering 18 dat schuin toeloopt in plaats van het buitenvlak. Wan neer de voering 18 is verhard voordat deze aan de buis 12 wordt gehecht, dan zal de behandeling dezelfde zijn met dit verschil, dat de hechting van de voering elk vlak 25 plaats vindt bij de verhardingstemperatuur voor grafietepoxy d.w.z. 175°C, waarbij de flexi-35 bele doren 52 de noodzakelijke hechtdruk levert.

800 1 0 47 • - 14 -

Na het verharden wordt de temperatuur teruggebracht tot kamertemperatuur en de druk afgelaten, waarna het stelsel, zoals blijkt uit fig.8, uit de hardingsoven wordt verwijderd. De afsluit-moffen 90 en 91 en de dorens 52 en 54 worden dan weggenomen. Zo-5 als reeds is opgemerkt, lopen de vezels van de voering 18 in hoofdzaak evenwijdig aan de langsas van de metalen buis 12. Deze buis 12 heeft dan het aanzien als weergegeven in fig.9.

In· deze figuur zijn de eindorganen 14 en 16 los van de buis 12 getekend. Zoals voorts uit de figuur blijkt is een gedeelte 120 10 aan beide einden van het vlak 25 van de buis 12 niet met de voe ring 18 bekleed. De eindorganen 14 en 16 kunnen dan in de einden van de buis 16 worden gezet en vervolgens bij metaal op metaal-contact aan elkaar worden gelast. Dit lassen geschiedt in de gedeeltes 120 van de buis 12. Hierdoor wordt voorkomen dat de eind-15 delen van de voering zacht worden. Fig.10 toont de wijze waarop het eindorgaan 14 aan de buis 12 wordt bevestigd. Een lasbrander 130 vormt een las 20 waarmede het eindorgaan 14 aan de buis 12 wordt bevestigd. Een watergekoelde, gespleten ring 134 is op het buitenvlak van de metalen buis 12 gezet, teneinde laswarmte van de 20 voering 18 te isoleren zo ook de verbinding met de buis 12. Nadat de eindorganen aan de buis 12 zijn vastgelast is de voering 18 ingekapseld met de hierboven besproken voordelen.

Uit het bovenstaande blijkt, dat de uitvinding een versterkte buisconstructie verschaft zo ook een werkwijze ter vervaardi-25 ging daarvan, welke geheel voldoet aan de gestelde eisen, en welke de aangegeven voordelen heeft. Hoewel de uitvinding besproken is met betrekking tot een bepaalde uitvoeringsvorm, is het duidelijk, dat modificaties en variaties kunnen worden toegepast zonder buiten het raam van de uitvinding te treden.

80 0 1 0 47

Claims

1. Versterkte buisconstructie, bestaande uit een metalen buis en een verharde, samengestelde, buisvormige voering, welke aan het binnenvlak van de metalen buis is gehecht, welke voering is samengesteld uit een aantal lagen vezelmateriaal in een verhard hars- 5 mengsel.

2. Constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voering een variabele dikte heeft.

3. Constructie volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de voering vanaf het midden naar de einden toe taps uitloopt.

4. Constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vezelmateriaal een elasticiteitsmodulus heeft, die groter is dan die van het metaal van de buis.

5. Constructie volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het vezelmateriaal een elasticiteitsmodulus heeft., die groter is dan 15 die van het metaal van de buis.

6. Constructie volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het vezelmateriaal een elasticiteitsmodulus heeft die groter is dan die van het metaal van de buis.

7. Constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 20 verhouding van de elasticiteitsmodulus ten opzichte van het soorte lijk gewicht van de voering groter is dan die van de metalen buis.

8. Constructie volgens conclusié 2, met het kenmerk, dat de verhouding van de elasticiteitsmodulus ten opzichte van het soortelijk gewicht van de voering groter is dan die van de metalen buis.

9. Constructie volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de verhouding van de elasticiteitsmodulus ten opzichte van de dichtheid van de voering groter is dan die van de metalen buis.

10. Constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vezels uit het materiaal in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de 30 langsas van de metalen buis.

11. Constructie volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de vezels uit het materiaal in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de langs- önn 10 47 - 16 - as van de metalen buis.

12. Constructie volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de vezels uit het vezelmateriaal in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de langsas van de metalen buis.

13. Qonstructie volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de vezels van het vezelmateriaal in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de langsas van de metalen buis.

14. Constructie volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de vezels in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de langsas van de metalen 10 buis.

15. Constructie volgens conclusie 2, voorzien van metalen eind-organen welke aan de einden van de metalen buis zijn vastgezet zodanig, dat de voering is ingekapseld, en een bescherming tegen invloeden van buitenaf ontstaat.

16. Constructie volgens conclusie 14, gekenmerkt door metalen eindorganen, welke verbonden zijn met de einden van de metalen buis zodanig, dat de voering is ingekapseld en deze beschermd is tegen invloeden van buitenaf.

17. Constructie volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het 20 metaal van de buis staal is, het vezelmateriaal bestaat uit gra fiet terwijl het harsmengsel een epoxyharsmengsel is.

18. Constructie volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat een gedeelte van de vezels in omtreksrichting ten opzichte van de voering is georiënteerd.

19. Constructie volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat een gedeelte van de vezels in hoofdzaak in de omtreksrichting van de voering is georiënteerd.

20. Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkte buiscon-structie, met het kenmerk, dat een laminaat wordt gemaakt uit een 30 aantal lagen vezelmateriaal in een niet verhard harsmengsel, het laminaat om een flexibele doren wordt gewikkeld, deze doren in de metalen buis wordt gezet waarna het laminaat tegen het binnen-omtreksvlak van de buis verhardt en daaraan hecht.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de fle- 35 xibele doren tijdens het harden wordt geëxpandeerd, zodanig, dat 800 1 0 47 - 17 - het laminaat wordt samengeperst tussen de flexibele doren en het binnenwandvlak van de buis.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de verhouding van de elasticiteitsmodulus van het laminaat groter is 5 dan die van de metalen buis.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de vezels uit het vezelmateriaal binnen het laminaat zodanig gericht zijn, dat deze vezels in hoofdzaak evenwijdig lopen aan de langsas van de metalen buis nadat de voering verhard en aan de buiswand 10 gehecht is.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het la minaat twee hoofdvlakken heeft waarbij de vorm ongeveer die van een trapezium is, waarbij het laminaat tijdens het wikkelen een variabele dikte krijgt.

25. Werkwijze volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat meta len organen aan de einden van de metalen buis worden bevestigd waardoor het laminaat wordt ingekapseld.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de flexibele doren buisvormig is en kan uitzetten door de toevoer 20 van fluïdum onder druk.

27. Werkwijze volgens conclusie 26, waarbij de flexibele doren geplaatst wordt om een holle steundoren welke steundoren een aantal openingen heeft waardoor fluïdum onder druk via de openingen in de steundoren in de flexibele doren kan treden.

28. Werkwijze volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat de steundoren en de flexibele doren uit de metalen buis worden ver-wij derd.

29. Werkwijze volgens conclusie 24, met het kenmerk, dat een grondlaag op het binnenvlak van de metalen buis wordt aangebracht 30 en een kleeflaag op het buitenvlak van het gewikkelde laminaat.

30. Werkwijze volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat een grondlaag op het binnenwandvlak van de metalen buis wordt aangebracht en een kleeflaag op het buitenvlak van het gewikkelde laminaat.

31. Werkwijze volgens conclusie 30, met het kenmerk, dat op de 80 0 1 0 47 - 18 - kleeflaag een stof wordt gebracht welke de kleefkracht van de kleeflaag tijdelijk vermindert.

32. Werkwijze volgens conclusie 31, met het kenmerk, dat het vezelmateriaal grafiet is, het harsmengsel een epoxymengsel ter- . 5 wijl de flexibele doren vervaardigd 'is uit rubber.

33. Werkwijze voor het maken van een buisvormige constructie, bestaande uit het maken van een laminaat uit een aantal lagen vezelmateriaal in een niet verharde harsmengsel, het laminaat wordt gehard, het laminaat om een flexibele doren wordt gezet, de doren 10 in een metalen buis wordt geplaatst en het laminaat aan het binnen vlak van de buis wordt gehecht.

34. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de flexibele doren tijdens het hechten expandeert, zodanig, dat het laminaat tussen de flexibele doren en het binnenvlak van de buis 15 wordt geperst.

35. Werkwijze volgens conclusie 34, met het kenmerk, dat de vezels van het vezelmateriaal binnen het laminaat zodanig zijn georiënteerd, dat het grootste gedeelte van de vezels in hoofdzaak evenwijdig loopt aan de langsas van de metalen buis nadat het la- 20 mlnaat daaraan gehecht is.

36. Werkwijze volgens conclusie 35, met het kenmerk, dat het laminaat gewikkeld wordt in een buis van variabele dikte. 800 1 0 47