WO2016071322A1 - Verfahren zum einbringen und verkleben von fasern zur verstärkung von hohlprofilen und vorrichtung zum verstärken eines hohlprofils - Google Patents

Verfahren zum einbringen und verkleben von fasern zur verstärkung von hohlprofilen und vorrichtung zum verstärken eines hohlprofils Download PDF

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WO2016071322A1
WO2016071322A1 PCT/EP2015/075558 EP2015075558W WO2016071322A1 WO 2016071322 A1 WO2016071322 A1 WO 2016071322A1 EP 2015075558 W EP2015075558 W EP 2015075558W WO 2016071322 A1 WO2016071322 A1 WO 2016071322A1
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WO
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hollow
hollow profile
reinforcing
fiber reinforcement
impregnating
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Application number
PCT/EP2015/075558
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens HÖLTERHOFF
Kersten Latz
Original Assignee
Hochschule Wismar
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D22/00—Methods or apparatus for repairing or strengthening existing bridges ; Methods or apparatus for dismantling bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the present invention relates to a method for introducing and bonding fibers for reinforcing hollow profiles according to claim 1 and an apparatus for
  • Orthotropic plates which are present as ceilings or slabs, welded. Orthotropic plates with
  • welded hollow profiles such as trapezoidal hollow sections are used in steel construction and in particular in bridge construction.
  • the disadvantage is that in the
  • the hose is to be rehabilitated hollow profile by means of a
  • Printing drum inverted. It must be ensured during insertion of the hose that the epoxy resin / adhesive is well distributed between the hose and the inner wall of the hollow profile. An additional reinforcement of the pre-damaged by corrosion hollow sections is not provided in the method disclosed in DE 10 2006 010 948 B3.
  • the object of the invention is to provide an alternative method for introducing and bonding fibers for reinforcing hollow sections, in which not only the cavity is preserved with an inverted tube which has been coated with epoxy resin / adhesive, but additionally the drawing of a Reinforcement possible.
  • the object is also to make available a device for reinforcing a hollow profile, with the aid of which a fiber for reinforcing hollow profiles can be drawn into a hollow section without a tube and fixed.
  • the object is achieved by a method for introducing and bonding fibers for reinforcing hollow profiles according to claim 1.
  • this object is achieved by a method for introducing and bonding fibers to reinforce hollow profiles, comprising the steps of: cleaning the hollow profile, the hollow profile comprising inner walls, drawing a fiber reinforcement into the hollow profile at least in one segment along the hollow profile, introducing an impregnation and fixation system in the hollow profile, wherein the fiber reinforcement is placed in the impregnation and fixation system, taking the fiber reinforcement in the area before
  • Impregnation and fixation system wetting the fiber reinforcement with a
  • Adhesion means aligning the adhesion-impregnated fiber reinforcement in the hollow profile, fixing the impregnated fiber reinforcement in the desired areas of the hollow profile with a pressure mechanism.
  • a further method for introducing and bonding fibers for reinforcing hollow profiles is provided.
  • the method disclosed herein has the additional advantage over the inversion method disclosed in the patent 10 2006 010 948 B3 that no more hose is needed at all when retracting the fibers to reinforce the hollow profile and in particular no inversion of one to be entrained with the fibers
  • the fiber reinforcement to be introduced into a hollow profile can be introduced directly into the hollow profile, both with an impregnation or coating with an adhesive and without an adhesive. if the
  • Fiber reinforcement in the hollow profile still has no adhesive means this can be coated or impregnated with a special coating or impregnating directly on site, ie in the hollow profile with adhesive. This considerably facilitates the introduction of the fiber reinforcement, which in this case is not yet tacky, into the hollow profile and reduces the tensile stresses to be applied for the drawing in. It therefore remains the user It is up to whether or not the fiber reinforcement is coated or impregnated with adhesive before or after introduction into a hollow profile.
  • the fiber reinforcement comprises fibers having an E-modulus of greater than or equal to 200,000 N / mm 2 , wherein the fiber reinforcement comprises in particular carbon fibers and / or aramid fibers and wherein the carbon fibers and / or the aramid fibers preferably as individual strands along the Fiber reinforcement between inner tube and membrane tube are arranged.
  • a fiber reinforcement with a comparatively large modulus of elasticity of greater than or equal to 200,000 N / mm 2 has a suitable reinforcing effect in order to reinforce hollow profiles for future heavy loads.
  • Carbon fibers (often referred to as carbon fiber or carbon fiber) and aramid fibers are suitable fibers which, on the one hand, provide high reinforcement and, on the other hand, have a low inherent weight compared to the reinforcing effect.
  • Carbon fibers have a significant cost advantage over the likewise suitable aramid fibers.
  • the weight of the hollow section with reinforcement is not unnecessarily increased and the additional load capacity of the hollow profile is largely the payload or the load capacity of payloads benefit. This is of considerable importance in order to cope with the daily stresses, for example by road traffic on bridge sections, which have corresponding hollow profiles. In particular, it should be taken into account that the density of road traffic is constantly increasing and, moreover, the vehicles are becoming increasingly heavier.
  • Corrosion protection is applied by spraying.
  • An additional corrosion protection provides besides the reinforcement of the hollow profile also for a preservation of the hollow profile against corrosion, without having to start another process.
  • Inner walls of the hollow section additionally retracted or inversed a tube.
  • a complete cover of the hollow profile inside by a waterproof hose allows optimal protection against Corrosion processes by extensive insulation of the inside of the hollow profile of liquids located in the interior, such as precipitation, water, road salt mixtures or oil residues of motor vehicles.
  • the adhesive comprises resins, in particular epoxy resins and / or adhesives.
  • Epoxy resins and adhesives are common adhesives to achieve a strong bond between the fiber reinforcement and the hollow profile. At the same time, the sequence of the individual process steps remains largely flexible.
  • the fiber reinforcement is arranged in a partial region of the hollow profile, preferably in the bottom region of the hollow profile and extends along the hollow profile, wherein the fiber reinforcement in the interior of the hollow profile itself
  • An arrangement of the fiber reinforcement in the bottom area is usually useful in hollow sections of orthotropic plates, since large mechanical loads occur in the floor area.
  • a fiber reinforcement projecting beyond the floor area offers the further advantage of reinforcing sensitive areas in the lower area of the hollow profile.
  • the method can be used for upgrading bridge constructions or hulls, these preferably comprising orthotropic plates.
  • Traffic density of vehicles that drive over a bridge increases to an order of magnitude, which for the skilled person at the time of construction of these structures not
  • the object is also achieved by a device for reinforcing hollow profiles, which has a carriage with a plurality of guide elements and an impregnating device, wherein the device for reinforcing hollow profiles also a
  • the fixing unit comprises pressure rollers, at least one spring element and a guide element, wherein the pressure rollers and the guide element are arranged at opposite ends of the spring element and movable on respective opposite sides of a hollow profile be placed, and that the device for reinforcing hollow profiles in a hollow profile to be reinforced used and moved, wherein the device for
  • Reinforcing hollow sections is adapted to receive by the process within the hollow profile reinforcement, to impregnate, align and fix.
  • fiber reinforcement into a hollow profile can be tubeless, i. without using a hose, are introduced.
  • Another advantage here is that the fiber reinforcement can be fixed directly on the hollow profile and no hose or membrane tube breaks through the immediate fixation of the fiber reinforcement on the hollow profile.
  • the in situ application of the adhesive also makes it possible to use a fast-setting adhesive without having to meet certain conditions for transport or storage of sensitive building materials.
  • the fiber reinforcement and an optionally subsequently introduced hose must not be transported or stored under light, heat or air exclusion.
  • the device according to the invention is suitable for automated gripping of a loosely laid elongated or strand-shaped fiber reinforcement in a hollow profile, impregnation of the fiber reinforcement with adhesive, alignment and subsequent fixing of the fiber reinforcement in the hollow profile.
  • the impregnation unit has a gripping device for gripping the reinforcement, wherein the reinforcement is preferably an elongated or strand-shaped fiber reinforcement.
  • a loosely in the hollow profile designed fiber reinforcement which is usually strand-shaped and elongated, is gradually added in sections from the bottom of the hollow profile and transported to the impregnation chamber.
  • the guide elements of the impregnation unit are designed as rollers and / or sliding elements, wherein a winch is provided for moving the device for reinforcing hollow sections and / or the device for reinforcing hollow sections has its own drive.
  • Casters and sliding elements are suitable guide elements for guiding or
  • Adhesion means and the subsequent alignment and fixing of the fiber reinforcement in the hollow profile allows.
  • an internal drive unit of the device for reinforcing hollow profiles is particularly suitable an electric motor with an associated
  • the device also comprises hoses for supplying and discharging an adhesive, which are preferably connected to arranged outside of the hollow profile pumps.
  • Hoses for the supply and removal of the adhesive allow a
  • the supply of adhesive agent can preferably be tracked to the respective coating position in the hollow profile.
  • a pump can also be used to improve the removal of surplus adhesive.
  • Impregnating bath and / or means for electrostatic coating / impregnation Impregnating bath and / or means for electrostatic coating / impregnation.
  • a coating bath has the advantage of often simpler construction compared to other techniques.
  • the electrostatic coating process works in principle much cleaner than the other methods, which in addition to a saving of
  • Adhesion has the added benefit that the device for reinforcing hollow sections must be cleaned less often.
  • the device for reinforcing hollow profiles additionally has at least one camera which can have an additional light source, wherein cameras can be mounted on the rear region of the fixing unit, on the front end of the impregnation unit or in the impregnation device.
  • cameras can be mounted on the rear region of the fixing unit, on the front end of the impregnation unit or in the impregnation device.
  • Countermeasures can be initiated. In particular, this can be intervened as early as if the fiber reinforcement should no longer be aligned correctly.
  • video cameras are suitable, but also photo cameras are used. Both commercial cameras and special cameras for system monitoring can be installed.
  • the device can be used for methods according to one of claims 1 to 7.
  • the Device is simply used in a hollow profile with loosely laid out fiber reinforcement and moved either with an onboard drive or with an external winch with cable within the hollow profile, the process steps after cleaning then run completely automated.
  • the device for reinforcing hollow profiles can moreover also be provided with an additional cleaning unit which is to be arranged in front of the impregnating unit.
  • Fig. 1 shows a cross section through a hollow profile with a in the interior of the hollow profile
  • FIG. 2 shows a detail of a longitudinal section of a hollow profile with a carriage arranged in the interior of the hollow profile for impregnating and fixing a fiber reinforcement in the hollow profile, wherein the impregnating device is designed as a vacuum table,
  • Fig. 3 shows a cross section through a hollow profile with a in the interior of the hollow profile
  • Fig. 4 shows a detail of a longitudinal section of a hollow profile with a arranged in the interior of the hollow profile carriage for impregnating and fixing a Fiber reinforcement in the hollow profile, wherein the impregnating device is designed as an immersion bath.
  • the hollow profile 7 has two side walls 7a, a bottom or bottom area 7b and an upper area 7c. All walls or regions typically extend longitudinally in an X direction. Hollow profiles 7 can be produced inter alia by folding or bending of elongated plates, wherein the side walls 7a and the
  • Bottom portion 7b are formed by the folding, while the upper portion 7c and the cover plate is formed from another plate.
  • the side walls 7a, the lower portion 7b and the upper portion 7c of the hollow section 7 include an inner space 7d of the hollow profile.
  • the hollow sections 7 may be symmetrical, asymmetric or in particular orthotropic. Hollow profiles 7 of orthotropic plates are often used in industry as hollow sections 7.
  • the reinforcing hollow sections 7 are usually made
  • Hollow sections 7 preferably steel and / or have a steel alloy.
  • the hollow sections 7 are generally trough-shaped.
  • cavities within reinforced concrete structures can also be reinforced or preserved by the method according to the invention, the cavities in the reinforced concrete largely being as described above
  • the impregnating device 2 preferably has an impregnating chamber 5, in which a vacuum table 5a is arranged.
  • the vacuum table 5a is a table with perforation for sucking the movable on the vacuum table 5a
  • Fiber reinforcement 1 is by means of pressing rollers 5b to the Vacuum table 5a introduced or transported away. However, the fiber reinforcement 1 remains along a running direction, which is indicated in Fig. 2 with an arrow (X-direction), movable, so that the carriage with impregnating 2 and fixing device 6 along a laid in the hollow section 7 fiber reinforcement 1 can be moved to the
  • Fiber reinforcement 1 to be impregnated lengthwise with adhesive 4 and immediately afterwards to the intended walls (side walls 7a, lower portion 7b and / or upper portion 7c) of the hollow section 7 to fix (the fixing unit is not shown in Fig. 1).
  • the hollow section 7 is arranged with impregnating 2 and fixing device 6 arranged therein in a section of a longitudinal section.
  • the line A-A denotes the
  • a carriage located in the hollow section 7 has an impregnating device 2 in the front part and a fixing device 6 in the rear part.
  • the impregnating device 2 and the fixing device 6 are coupled together and preferably fixedly connected to each other.
  • the arrow on the right side of Figure 2 indicates the direction of the
  • the impregnating device 2 of the carriage preferably has eight rollers 2a, which are adaptable to the hollow profile and which are arranged in the example shown along the four longitudinally extending edges of the hollow section 7 along movable.
  • rollers 2a are located on arms which are respectively arranged in the corners in the front region of the carriage 2; four further rollers 2a are located on arms, which are each arranged in the corners in the rear region of the carriage 2.
  • other configurations of the rollers 2a are conceivable, such as 16
  • rollers 2a are mounted instead of a roller 2a on each arm.
  • the rollers 2a in the lower region of the carriage 2 may have a greater number than the rollers 2a, which are arranged in the upper region of the carriage 2.
  • Such mixed configurations of the rollers 2a are useful, since usually the rollers 2 a in the lower region of the carriage 2 transmit the drive torque or allow in the case of a winch that the carriage 2 properly and
  • the upper rollers 2a often serve only as a support. Casters 2a have the advantage of low rolling friction, compared to the sliding friction in the event that slides are provided.
  • the upper and lower rollers 2a of the carriage 2 can be supported against each other with compression springs.
  • the impregnating device 2 has in the illustrated embodiment a
  • Fig. 2 is in the
  • Impregnation 5 a vacuum table 5 a arranged.
  • the vacuum table 5a is a
  • Fiber reinforcement 1 is used. By constantly air is pumped through the perforation through a vacuum hose 3 by means of a vacuum pump (not shown), created on the perforation of the vacuum table, a constant negative pressure, which fixes the fiber reinforcement 1 on the table and ensures deep penetration of the adhesive 4.
  • a vacuum pump not shown
  • Fiber reinforcement 1 is also guided by means of pressure rollers 5b to the vacuum table 5a and transported away from the vacuum table 5 in the direction of fixing unit 7.
  • fiber reinforcement 1 remains movable along the running direction or X direction, so that the carriage can be moved with impregnating and fixing device 6 along a fiber reinforcement 1 laid out in hollow profile 7 in order to impregnate fiber reinforcement 1 lengthwise with adhesive 4 and directly then to fix.
  • the adhesive 4 is preferably applied as a spray or in the form of drops in the vacuum chamber 5 to the arranged on the vacuum table 5a fiber reinforcement 1, wherein the applied vacuum, a complete penetration of the
  • Fiber gain 1 supported. Basically, the adhesive 4 in the
  • Impregnation chamber 5 are sprayed in horizontal and / or vertical orientation.
  • a nozzle for almost vertical spraying of the adhesive 4a is shown.
  • the adhesive 4 is passed through a feed 4a to the nozzle.
  • an adhesive reservoir or tank (not shown) can be connected, or it is an external feed of the
  • Adhesion means 4 is provided, wherein to the supply 4a, a hose (not shown) is connected to conduct adhesive 4 from the outside to the impregnating unit.
  • a fixing device 6 is attached in the rear region of the carriage.
  • Fixing device 6 is preferably made of pressure rollers 6 a, which with the
  • Adhesive 4 impregnated fiber reinforcement 1 preferably in a lower portion 7b (bottom portion) of the hollow section 7 align and fix.
  • the contact pressure is preferably exerted via a spring arm on the pressure rollers 6a, wherein the
  • Spring arm 6b is supported on one or more rollers 6c on the ceiling 7c of the hollow section 7 movable.
  • the carriage 2 shown in Figure 2 in the embodiment shown in a single operation impregnate a introduced into a hollow section 7 fiber reinforcement 1 from the beginning to the end with adhesive 4 and immediately thereafter
  • the hollow profile align and fix.
  • the bottom portion 7b and the lower portions of the side walls 7a of the hollow section 7 are included in the area to be occupied with the fiber reinforcement 1 area.
  • FIG. 3 shows a hollow profile 7 after introduction and fixing of a fiber reinforcement 1.
  • the fiber reinforcement 1 is preferably fixed in the lower region 7b of the hollow profile and can also be fixed on both sides to the lower sections of the side walls 7a of the hollow profile 7.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention.
  • the impregnating and fixing device also has a carriage 2 with the impregnating device, the rollers 2a are arranged to be movable at the edges of the hollow section 7.
  • the vacuum table (not shown in FIG. 4) was replaced by an impregnating bath 5c.
  • the fiber reinforcement 1 to be impregnated with adhesive 4 is supplied to or removed from the impregnating bath 5c.
  • Adhesive 4 is located in the impregnating 5c and can be filled if necessary via an inlet 4a for the adhesive 4.
  • the fixing device 6 attached.
  • the fixing device 6 is preferably made
  • Press rollers 6a which align and fix the adhesive reinforcement 4 impregnated fiber reinforcement 1 preferably in the lower region 7b (bottom portion) of the hollow section 7.
  • the contact pressure is preferably via a spring arm 6b on the
  • Compression rollers 6a exercised, wherein the spring arm 6b is supported by one or more rollers 6c on the upper side 7c of the hollow section 7 movable.
  • cameras At the rear end of the fixing unit 6, at the front end of the impregnation unit 2 and / or within the impregnation chamber 5, cameras (not shown) may be provided which may have an additional external light source. Both video cameras and still cameras can be used.
  • the device for reinforcing hollow profiles may comprise in a further embodiment, not shown, a special gripping device for gripping the lying in the hollow profile fiber reinforcement, in the running direction on or in front of the carriage of the
  • Impregnation is arranged.
  • the gripping device takes the loosely lying in the hollow profile fiber reinforcement and leads them continuously to the impregnating unit.
  • adhesives e.g. Epoxy resin

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen(7), welches die Schritteaufweist: Reinigen des Hohlprofils (7), wobei das Hohlprofil (7) Innenwände umfasst,Einziehen einer Faserverstärkung (1) in das Hohlprofil (7) zumindest in einem Segment entlang des Hohlprofils (7), Einbringen eines Imprägnierungs- und Fixierungssystems in das Hohlprofil (7), wobei die Faserverstärkung (1) in das Imprägnierungs-und Fixierungssystem eingelegt wird,Ergreifen der Faserverstärkung (1) im Bereich vor dem Imprägnierungs- und Fixierungssystems, Benetzen der Faserverstärkung mit einem Adhäsionsmittel (4), Ausrichten der mit Adhäsionsmittel (4) imprägnierten Faserverstärkung (1) im Hohlprofil (7), Fixieren der imprägnierten Faserverstärkung (1) in den gewünschten Bereichen des Hohlprofils (7) mit einem Andruckmechanismus (6) und auf eine Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) mit einer Imprägniereinheit, die einen Laufwagen mit einer Mehrzahl an Führungselementen und eine Imprägniervorrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) außerdem eine Fixiereinheit aufweist, die an die Imprägniereinheit angekoppelt ist, wobei die Fixiereinheit Anpressrollen (6a), mindestens ein Federelement (6b) und ein Führungselement (6c) umfasst, wobei die Anpressrollen (6a) und das Führungselement (6c) an entgegensetzten Enden des Federelements (6b) angeordnet sind und an jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Hohlprofils (7) verfahrbar aufsetzbar sind, und dass die Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) in einem zu verstärkenden Hohlprofil (7) einsetzbar und verfahrbar ist, wobei die Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) geeignet ist, durch das Verfahren innerhalb des Hohlprofils (7) eine Verstärkung aufzunehmen, zu imprägnieren, auszurichten und zu fixieren.

Description

Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen und Vorrichtung zum Verstärken eines Hohlprofils
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum
Verstärken eines Hohlprofils nach Anspruch 8.
Auf dem Gebiet des Bauingenieurwesens und des Stahlbaus werden Strukturen mit
Hohlräumen, sogenannte Hohlprofile, als Flächentragwerke, sog. orthotrope Platten, die als Decken oder Fahrbahnplatten vorliegen, angeschweißt. Orthotrope Platten mit
angeschweißten Hohlprofilen, wie beispielsweise trapezförmige Hohlprofile werden im Stahlbau und insbesondere im Brückenbau eingesetzt. Nachteilig ist, dass in den
Hohlprofilen u.a. durch Risse in den Schweißverbindungen Korrosion auftreten kann, welche die Tragfähigkeit des Flächentragwerks erheblich beeinträchtig oder ganz aufhebt. Gerade bei Brücken, welche über Gewässer führen, können sich in den Hohlprofilen große Mengen Wasser mit aggressiven Bestandteilen, wie beispielsweise Salz, bilden. Deshalb müssen die Hohlprofile regelmäßig saniert werden. Alternativ können die Hohlprofile auch verstärkt und/oder konserviert werden, um die Intervalle für zukünftige Sanierungen der Brücke zu strecken.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Innensanierung korrodierter Hohlprofile wurde im Patent DE 10 2006 010 948 B3 offenbart. Bei diesem Verfahren wird ein Schlauch mit Epoxid/Klebstoff, der eine hohe Verbundwirkung zwischen dem zu sanierenden Hohlprofil und dem dabei einzubringenden Schlauch herstellt, in das Hohlprofil eingezogen.
Üblicherweise wird der Schlauch in das zu sanierende Hohlprofil mit Hilfe einer
Drucktrommel invertiert. Dabei muss beim Einbringen des Schlauches sichergestellt werden, dass der Epoxidharz/Klebstoff sich gut zwischen Schlauch und Innenwand des Hohlprofils verteilt. Eine zusätzliche Verstärkung der durch Korrosion vorgeschädigten Hohlprofile ist bei dem in DE 10 2006 010 948 B3 offenbarten Verfahren nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist, ein alternatives Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen verfügbar zu machen, bei dem nicht nur der Hohlraum mit einem invertierten Schlauch, der mit Epoxidharz/Klebstoff bestrichen wurde, konserviert wird, sondern das zusätzlich das Einziehen einer Verstärkung ermöglicht.
Aufgabe ist auch, eine Vorrichtung zum Verstärken eines Hohlprofils verfügbar zu machen, mit Hilfe derer eine Faser zum Verstärken von Hohlprofilen in ein Hohlprofil ohne Schlauch eingezogen und fixiert werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen nach Anspruch 1 .
Weitere Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von
Hohlprofilen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.
Gelöst wird diese Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Verstärken eines Hohlprofils nach Anspruch 8.
Weitere Vorrichtungen zum Verstärken eines Hohlprofils ergeben sich aus den
Unteransprüchen 9 und 10.
Gelöst wird diese Aufgabe demnach durch ein Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen mit den Schritten: Reinigen des Hohlprofils, wobei das Hohlprofil Innenwände umfasst, Einziehen einer Faserverstärkung in das Hohlprofil zumindest in einem Segment entlang des Hohlprofils, Einbringen eines Imprägnierungs- und Fixierungssystems in das Hohlprofil, wobei die Faserverstärkung in das Imprägnierungs- und Fixierungssystem eingelegt wird, Ergreifen der Faserverstärkung im Bereich vor dem
Imprägnierungs- und Fixierungssystems, Benetzen der Faserverstärkung mit einem
Adhäsionsmittel, Ausrichten der mit Adhäsionsmittel imprägnierten Faserverstärkung im Hohlprofil, Fixieren der imprägnierten Faserverstärkung in den gewünschten Bereichen des Hohlprofils mit einem Andruckmechanismus.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen wird neben dem Inversionsverfahren ein weiteres Verfahren zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen zur Verfügung gestellt. Das hier offenbarte Verfahren hat gegenüber dem in dem Patent 10 2006 010 948 B3 offenbarten Inversionsverfahren den zusätzlichen Vorteil, dass beim Einziehen der Fasern zur Verstärkung des Hohlprofils überhaupt kein Schlauch mehr benötigt wird und insbesondere keine Invertierung eines mit den Fasern zusammen einzuziehenden
Schlauches mehr erfolgen muss. Vielmehr kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit spezieller Vorrichtung die in ein Hohlprofil einzubringende Faserverstärkung direkt in das Hohlprofil eingebracht werden, und zwar sowohl mit einer Imprägnierung bzw. Beschichtung mit einem Adhäsionsmittel als auch ohne Adhäsionsmittel. Falls die
Faserverstärkung im Hohlprofil noch kein Adhäsionsmittel aufweist kann dieses mit einer speziellen Beschichtungs- bzw. Imprägniervorrichtung direkt vor Ort, d.h. im Hohlprofil mit Adhäsionsmittel beschichtet bzw. imprägniert werden. Dadurch wir das Einbringen der in diesem Fall noch nicht klebrigen Faserverstärkung in das Hohlprofil erheblich erleichtert und für das Einziehen aufzubringende Zugspannungen verringert. Es bleibt somit dem Anwender überlassen, ob er die Faserverstärkung vor oder nach dem Einbringen in ein Hohlprofil mit Adhäsionsmittel beschichtet bzw. imprägniert.
Es ist vorteilhaft, dass die Faserverstärkung Fasern mit einem E-Modul von größer oder gleich 200 000 N/mm2 aufweist, wobei die Faserverstärkung insbesondere Carbonfasern und/oder Aramidfasern aufweist und wobei die Carbonfasern und/oder die Aramidfasern vorzugsweise als einzelne Stränge entlang der Faserverstärkung zwischen Innenschlauch und Membranschlauch angeordnet werden.
Eine Faserverstärkung mit einem vergleichsweise großen E-Modul von größer oder gleich 200 000 N/mm2 weist eine geeignete Verstärkungswirkung auf, um Hohlprofile für künftige starke Beanspruchungen zu verstärken. Carbonfasern (oft auch als Kohlefaser oder Kohlenstofffaser bezeichnet) und Aramidfasern sind geeignete Fasern, welche einerseits eine hohe Verstärkung liefern und andererseits ein im Vergleich zur Verstärkungswirkung geringes Eigengewicht aufweisen. Kohlefasern weisen gegenüber den ebenfalls geeigneten Aramidfasern einen entscheidenden Kostenvorteil auf. Somit wird das Eigengewicht des Hohlprofils mit Verstärkung nicht unnötig erhöht und die zusätzliche Belastbarkeit des Hohlprofils kommt weitgehend der Nutzlast bzw. der Belastbarkeit durch Nutzlasten zugute. Dies ist von erheblicher Bedeutung, um den täglichen Belastungen, beispielsweise durch Straßenverfahr auf Brückenabschnitten, die entsprechende Hohlprofile aufweisen, gerecht zu werden. Insbesondere ist dabei zu berücksichtigten, dass die Dichte des Straßenverkehrs ständig zunimmt und darüber hinaus auch die Fahrzeuge immer schwerer werden.
Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Fixieren der Faserverstärkung im Schritt des Fixierens der imprägnierten Faserverstärkung in den gewünschten Bereichen des Hohlprofils mit einem Andruckmechanismus auf die Innenwände des Hohlprofils zusätzlich ein
Korrosionsschutz durch Aufsprühen aufgetragen wird.
Ein zusätzlicher Korrosionsschutz sorgt neben der Verstärkung des Hohlprofils auch für eine Konservierung des Hohlprofils gegenüber Korrosion, ohne ein weiteres Verfahren starten zu müssen.
Es ist auch vorteilhaft, dass in das Hohlprofil mit der Faserverstärkung nach dem Fixieren der Faserverstärkung im Schritt des Fixierens der imprägnierten Faserverstärkung in den gewünschten Bereichen des Hohlprofils mit einem Andruckmechanismus auf die
Innenwände des Hohlprofils zusätzlich ein Schlauch eingezogen oder inversiert wird.
Mit einem zusätzlichen Einziehschlauch werden die Innenwände des zu verstärkenden bzw. verstärkten Hohlprofils vollständig abgedeckt. Eine vollständige Abdeckung des Hohlprofils im Inneren durch einen wasserdichten Schlauch ermöglicht einen optimalen Schutz gegen Korrosionsprozesse durch weitgehende Isolierung der Innenseite des Hohlprofils von im Innenraum befindlichen Flüssigkeiten, wie Niederschläge, Wasser, Streusalzmischungen oder Ölrückstände von Kraftfahrzeugen.
Es ist bevorzugt, dass das Adhäsionsmittel Harze, insbesondere Epoxidharze und/oder Klebstoffe aufweist.
Epoxidharze und Klebstoffe sind gängige Adhäsionsmittel, um eine feste Verbindung zwischen der Faserverstärkung und dem Hohlprofil zu erreichen. Gleichzeitig bleibt die Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte weitgehend flexibel.
Vorteilhaft ist außerdem, dass die Faserverstärkung in einem Teilbereich des Hohlprofils, vorzugsweise im Bodenbereich des Hohlprofils angeordnet wird und sich entlang des Hohlprofils erstreckt, wobei die Faserverstärkung im Inneren des Hohlprofils sich
vorzugsweise jeweils seitlich über den Bodenbereich hinausgehend auch über die unteren Wandabschnitte erstreckt.
Eine Anordnung der Faserverstärkung im Bodenbereich ist bei Hohlprofilen orthotroper Platten meistens sinnvoll, da im Bodenbereich große mechanische Belastungen auftreten. Eine über den Bodenbereich hinausragende Faserverstärkung bietet den weiteren Vorteil einer Verstärkung von sensiblen Bereichen im unteren Bereich des Hohlprofils.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Verfahren zur Ertüchtigung von Brückenkonstruktionen oder Schiffskörpern einsetzbar ist, wobei diese vorzugsweise orthotropen Platten umfassen.
Brückenkonstruktionen und Schiffskörper müssen in der heutigen Zeit oft Belastungen standhalten, für die sie gar nicht konstruiert wurden. Beispielsweise hat sich die
Verkehrsdichte von Fahrzeugen, die über eine Brücke fahren auf eine Größenordnung erhöht, welche für den Fachmann zur Zeit der Errichtung dieser Bauwerke nicht
vorauszusehen war. Des Weiteren müssen nicht vorhergesehene schädliche
Umwelteinflüsse bei einer Sanierung bzw. Ertüchtigung berücksichtigt werden, was beispielsweise auch einen verbesserten Korrosionsschutz einschließlich einer Verstärkung erfordert.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen, die einen Laufwagen mit einer Mehrzahl an Führungselementen und eine Imprägniervorrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen außerdem eine
Fixiereinheit aufweist, die an die Imprägniereinheit angekoppelt ist, wobei die Fixiereinheit Anpressrollen, mindestens ein Federelement und ein Führungselement umfasst, wobei die Anpressrollen und das Führungselement an entgegensetzten Enden des Federelements angeordnet sind und an jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Hohlprofils verfahrbar aufsetzbar sind, und dass die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen in einem zu verstärkenden Hohlprofil einsetzbar und verfahrbar ist, wobei die Vorrichtung zum
Verstärken von Hohlprofilen geeignet ist, durch das Verfahren innerhalb des Hohlprofils eine Verstärkung aufzunehmen, zu imprägnieren, auszurichten und zu fixieren.
Mit Unterstützung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstärken eines Hohlprofils, welche auch kurz als Einbringungsvorrichtung bezeichnet wird, kann eine Faserverstärkung in ein Hohlprofil schlauchlos, d.h. ohne Verwendung eines Schlauches, eingebracht werden. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass die Faserverstärkung direkt am Hohlprofil fixierbar ist und kein Schlauch oder Membranschlauch die unmittelbare Fixierung der Faserverstärkung am Hohlprofil durchbricht. Die in situ Auftragung des Adhäsionsmittels ermöglicht auch ein schnell aushärtendes Adhäsionsmittel zu verwenden, ohne bestimmte Bedingungen für einen Transport bzw. Zwischenlagerung von empfindlichen Baumaterialien erfüllen zu müssen. So muss insbesondere die Faserverstärkung und ein gegebenenfalls nachträglich einzubringender Schlauch nicht unter Licht-, Wärme- oder Luftausschluss transportiert oder zwischengelagert werden. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein automatisiertes Ergreifen einer in einem Hohlprofil lose ausgelegten langestreckten bzw. strangförmigen Faserverstärkung, Imprägnieren der Faserverstärkung mit Adhäsionsmittel, Ausrichten und anschließendes Fixieren der Faserverstärkung im Hohlprofil.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Imprägniereinheit eine Greifvorrichtung zum Ergreifen der Verstärkung aufweist, wobei die Verstärkung vorzugsweise eine langgestreckte bzw. strangförmige Faserverstärkung ist.
Mit einer Greifvorrichtung kann eine lose im Hohlprofil ausgelegte Faserverstärkung, die in der Regel strangförmig und langgestreckt vorliegt, abschnittsweise nach und nach vom Boden des Hohlprofils aufgenommen und zur Imprägnierkammer weitertransportiert werden.
Besonders bevorzugt ist, dass die Führungselemente der Imprägniereinheit als Laufrollen oder/und Gleitelemente ausgestaltet sind, wobei eine Winde zum Verfahren der Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen vorgesehen ist oder/und die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen einen eigenen Antrieb aufweist.
Laufrollen und Gleitelemente sind geeignete Führungselemente zum Führen bzw.
Fortbewegen eines Laufwagens in einem Hohlprofil. Die Verwendung einer Winde mit Seilzug hat den Vorteil, dass die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen über keine eigene Antriebseinheit verfügen muss und somit auch keine Probleme im Hinblick der Energiespeicherung, wie beispielsweise ein Akkumulator, bestehen. Umgekehrt ermöglicht ein interner Antrieb der Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen ein Verfahren im Hohlprofil, ohne dass jemand eine Winde betätigen muss, somit wird ein vollkommen automatischer Verfahrensablauf für das Imprägnieren einer Faserverstärkung mit
Adhäsionsmittel und das daran anschließende Ausrichten und Fixieren der Faserverstärkung im Hohlprofil ermöglicht. Als interne Antriebseinheit der Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen eignet sich insbesondere ein Elektromotor mit einem dazugehörenden
Akkumulator als Energiespeicher oder eine Energieversorgung über Kabel.
Es ist auch besonders bevorzugt, dass die Vorrichtung außerdem Schläuche zur Zuführung und Abführung eines Adhäsionsmittels aufweist, die vorzugsweise an außerhalb des Hohlprofils angeordneten Pumpen angeschlossen sind.
Schläuche zur Zuführung und Abführung des Adhäsionsmittels ermöglichen eine
kontinuierliche Beschichtung der Faserverstärkung im Hohlprofil. Insbesondere müssen keine Tanks oder Abfallbehälter während des Beschichtens der Faserverstärkung aufgefüllt bzw. entleert werden. Über eine Pumpe kann vorzugsweise die Zufuhr an Adhäsionsmittel zur jeweiligen Beschichtungsposition im Hohlprofil nachgeführt werden. Eine Pumpe kann außerdem zur Verbesserung der Abfuhr von überzähligem Adhäsionsmittel verwendet werden.
Vorteilhaft ist außerdem, dass die Imprägniervorrichtung einen Vakuumtisch, ein
Imprägnierbad oder/und eine Einrichtung zum elektrostatischen Beschichten/Imprägnieren aufweist.
Eine Imprägnierung bzw. Beschichtung der Faserverstärkung mit Unterstützung eines Vakuumtisches, eines Imprägnier- bzw. Beschichtungsbades oder/und einer Einrichtung zum elektrostatischen Beschichten/Imprägnieren, ermöglicht die Anwendung von in der Technik bekannten Imprägnier- bzw. Beschichtungsverfahren auf den Imprägnier- bzw.
Beschichtungsvorgang von Fasern zum Verstärken von Hohlprofilen. Der Einsatz eines Vakuumtisches ermöglicht eine effiziente Auftragung des Adhäsionsmittels auf die
Faserverstärkung und ist gegenüber einem Umkippen der Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen sicher. Ein Beschichtungsbad hat den Vorteil einer oft einfacheren Konstruktion im Vergleich zu anderen Techniken. Das elektrostatische Beschichtungsverfahren arbeitet prinzipiell viel sauberer als die anderen Verfahren, was neben einer Einsparung von
Adhäsionsmittel den zusätzlichen Nutzen hat, dass die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen weniger oft gereinigt werden muss.
Besonders bevorzugt ist ferner, dass die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen zusätzlich mindestens eine Kamera vorgesehen ist, die eine zusätzliche Lichtquelle aufweisen kann, wobei Kameras am hinteren Bereich der Fixiereinheit, am vorderen Ende der Imprägniereinheit oder in der Imprägniervorrichtung montierbar sind. Mit der Unterstützung durch Kameras kann das Ergreifen, Imprägnieren, Ausrichten und/oder Fixieren der Faserverstärkung im Hohlprofil überwacht werden. Sollte es zu Betriebsstörungen kommen, können diese rechtseitig erkannt werden und
Gegenmaßnahmen können eingeleitet werden. Insbesondere kann so frühzeitig eingegriffen werden, wenn die Faserverstärkung nicht mehr korrekt ausgerichtet werden sollte.
Grundsätzlich eignen sich Videokameras, aber auch Fotokameras sind einsetzbar. Es können sowohl handelsübliche Kameras installiert werden, als auch Spezialkameras für die Anlagenüberwachung.
Vorteilhaft ist des Weiteren, dass die Vorrichtung für Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einsetzbar ist.
Die Verfahren aus den Ansprüchen 1 bis 7 sind besonders einfach mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen ausführbar. Die
Vorrichtung wird einfach in ein Hohlprofil mit darin lose ausgelegter Faserverstärkung eingesetzt und entweder mit einem onboard-Antrieb oder mit einer externen Winde mit Seilzug innerhalb des Hohlprofils verfahren, die Verfahrensschritte nach dem Reinigen laufen dann vollkommen automatisiert ab. Die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen kann darüber hinaus auch mit einer zusätzlichen Reinigungseinheit versehen werden, die vor der Imprägniereinheit anzuordnen ist.
Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren, welche eine Ausführungsform des Verfahrens zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen und eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verstärken eines Hohlprofils illustrieren, erläutert. Im Einzelnen zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Hohlprofil mit einem im Innenraum des Hohlprofils
angeordneten Laufwagen zum Imprägnieren und Fixieren einer Faserverstärkung im Hohlprofil,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt eines Hohlprofils mit einem im Innenraum des Hohlprofils angeordneten Laufwagen zum Imprägnieren und Fixieren einer Faserverstärkung im Hohlprofil, wobei die Imprägniervorrichtung als Vakuumtisch ausgelegt ist,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Hohlprofil mit einer im Innenraum des Hohlprofils
eingebrachten Faserverstärkung im Bodenbereich des Hohlprofils,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt eines Hohlprofils mit einem im Innenraum des Hohlprofils angeordneten Laufwagen zum Imprägnieren und Fixieren einer Faserverstärkung im Hohlprofil, wobei die Imprägniervorrichtung als Tauchbad ausgelegt ist.
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung der Figuren bezieht sich auf eine
Ausführungsform des Verfahrens zum Einbringen und Verkleben von Fasern zur
Verstärkung von Hohlprofilen und eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verstärken eines Hohlprofils. Insbesondere müssen die Darstellungen als Skizzen nicht zwangsläufig maßstabsgetreu sein. Einige Teile können schematisiert und/oder übertrieben dargestellt sein.
In Figur 1 ist ein Hohlprofil 7 in einer Querschnittsansicht dargestellt, wobei die
Querschnittsebene anhand der Linie A-A in Fig. 2 zu entnehmen ist und die Blickrichtung, wie in Fig. 2 eingezeichnet, von der vorderen Imprägniervorrichtung ausgehend zu der hinteren Fixiereinrichtung hin ausgerichtet ist. Allerdings wurde die Fixiereinrichtung nicht in Fig. 1 dargestellt.
Das Hohlprofil 7 weist zwei Seitenwände 7a, einen unteren oder Bodenbereich 7b und einen oberen Bereich 7c auf. Alle Wände bzw. Bereiche erstrecken sich in der Regel longitudinal in einer X-Richtung. Hohlprofile 7 können unter anderem durch Falten bzw. Umbiegen von langgestreckten Platten hergestellt werden, wobei die Seitenwände 7a und der
Bodenbereich 7b durch das Falten ausgeformt werden, während der obere Bereich 7c bzw. die Deckplatte aus einer anderen Platte gebildet wird. Die Seitenwände 7a, der untere Bereich 7b und der obere Bereich 7c des Hohlprofils 7 schließen einen Innenraum 7d des Hohlprofils ein. Die Hohlprofile 7 können symmetrisch, asymmetrisch oder insbesondere orthotrop vorliegen. In der Technik werden als Hohlprofile 7 oft Hohlprofile 7 orthotroper Platten verwendet. Die zu verstärkenden Hohlprofile 7 bestehen in der Regel aus
metallischen oder metallhaltigen Werkstoffen bzw. Verbundwerkstoffen, wobei die
Hohlprofile 7 vorzugsweise Stahl oder/und eine Stahllegierung aufweisen. Die Hohlprofile 7 sind in der Regel trogförmig geformt. Alternativ können auch Hohlräume innerhalb von Stahlbetonbauwerken mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verstärkt oder konserviert werden, wobei die Hohlräume im Stahlbeton weitgehend den zuvor beschriebenen
Hohlprofilen 7 entsprechen.
An den longitudinal verlaufenden Kanten des Hohlprofils 7 sind Laufrollen 2a der
Imprägniervorrichtung 2 angeordnet. Die Imprägniervorrichtung 2 weist vorzugsweise eine Imprägnierkammer 5 auf, in der ein Vakuumtisch 5a angeordnet ist. Der Vakuumtisch 5a ist ein Tisch mit Perforation zum Ansaugen der auf dem Vakuumtisch 5a beweglich
aufliegenden Imprägniervorlage, also der mit Adhäsionsmittel 4 zu imprägnierenden
Faserverstärkung 1 . Die Faserverstärkung 1 wird mit Hilfe von Anpressrollen 5b zu dem Vakuumtisch 5a herangeführt bzw. abtransportiert. Die Faserverstärkung 1 bleibt aber entlang einer Laufrichtung, die in Fig. 2 mit einem Pfeil gekennzeichnet ist (X-Richtung), beweglich, sodass der Laufwagen mit Imprägnier- 2 und Fixiervorrichtung 6 entlang einer im Hohlprofil 7 ausgelegten Faserverstärkung 1 verfahren werden kann, um die
Faserverstärkung 1 der Länge nach mit Adhäsionsmittel 4 zu imprägnieren und unmittelbar anschließend an den vorgesehenen Wänden (Seitenwände 7a, unterer Bereich 7b oder/und oberer Bereich 7c) des Hohlprofils 7 zu fixieren (die Fixiereinheit ist in Fig. 1 nicht dargestellt).
In Figur 2 ist das Hohlprofil 7 mit darin angeordneter Imprägnier- 2 und Fixiervorrichtung 6 in einem Ausschnitt eines Längsschnitts dargestellt. Die Linie A-A kennzeichnet die
Querschnittsebene der Figur 1 , wobei die Blickrichtung durch Pfeile markiert wurde und mit Blickrichtung zur Fixiervorrichtung 6.
Ein im Hohlprofil 7 befindlicher Laufwagen weist im vorderen Teil eine Imprägniervorrichtung 2 auf und im hinteren Teil eine Fixiervorrichtung 6. Die Imprägniervorrichtung 2 und die Fixiervorrichtung 6 sind miteinander gekoppelt und vorzugsweise fest miteinander verbunden. Der Pfeil auf der rechten Seite der Figur 2 deutet die Laufrichtung des
Laufwagens in X-Richtung an, das heißt in longitudinaler Richtung entlang des Hohlprofils 7. Durch Verfahren des Laufwagens in X-Richtung wird jeweils ein Teil der Faserverstärkung 1 aufgenommen mit Adhäsionsmittel 4 imprägniert und anschließend im Hohlprofil 7 fixiert, wobei dieser Vorgang vorzugsweise kontinuierlich erfolgt.
Die Imprägniervorrichtung 2 des Laufwagens weist vorzugsweise acht Laufrollen 2a auf, die an das Hohlprofil anpassbar sind und die im dargestellten Beispiel an den vier sich longitudinal erstreckenden Kanten des Hohlprofils 7 entlang verfahrbar angeordnet sind. Vier Laufrollen 2a befinden sich an Armen, die jeweils in den Ecken im vorderen Bereich des Laufwagens 2 angeordnet sind; vier weitere Laufrollen 2a befinden sich an Armen, die jeweils in den Ecken im hinteren Bereich des Laufwagens 2 angeordnet sind. Grundsätzlich sind auch andere Konfigurationen der Laufrollen 2a denkbar, wie beispielsweise 16
Laufrollen, wobei an jedem Arm zwei Laufrollen 2a statt einer Laufrolle 2a montiert werden. Insbesondere können die Laufrollen 2a im unteren Bereich des Laufwagens 2 eine größere Anzahl haben als die Laufrollen 2a, die im oberen Bereich des Laufwagens 2 angeordnet sind. Derartige Mischkonfigurationen der Laufrollen 2a sind sinnvoll, da in der Regel die Laufrollen 2a im unteren Bereich des Laufwagens 2 das Antriebsdrehmoment übertragen bzw. im Fall einer Seilwinde ermöglichen, dass der Laufwagen 2 ordentlich und
vergleichsweise widerstandsfrei am Boden des Hohlprofils 7 rollt. Die oberen Laufrollen 2a dienen hingegen oft nur als Abstützung. Laufrollen 2a haben den Vorteil einer geringen Rollreibung, im Vergleich zur Gleitreibung für den Fall, dass Gleitschienen vorgesehen sind. Die oberen und unteren Laufrollen 2a des Laufwagens 2 können mit Druckfedern gegeneinander abgestützt sein.
Die Imprägniervorrichtung 2 weist in der dargestellten Ausführungsform eine
Imprägnierkammer 5 auf. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist in der
Imprägnierkammer 5 ein Vakuumtisch 5a angeordnet. Der Vakuumtisch 5a ist ein
Arbeitstisch mit einer in der Auflagefläche des Vakuumtisches 5 eingearbeiteten Perforation zum Absaugen der Luft bzw. des Luft/Adhäsionsmittel-Gemisches in der Imprägnierkammer 5, die auch zum Ansaugen der auf dem Vakuumtisch 5a beweglich aufliegenden
Faserverstärkung 1 dient. Indem durch die Perforation ständig über einen Vakuumschlauch 3 mit Hilfe einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) Luft abgepumpt wird, entsteht an der Perforation des Vakuumtischs ein ständiger Unterdruck, der die Faserverstärkung 1 auf dem Tisch fixiert und ein tiefes Eindringen des Adhäsionsmittels 4 gewährleistet. Die
Faserverstärkung 1 wird außerdem mit Hilfe von Anpressrollen 5b zum Vakuumtisch 5a geführt bzw. vom Vakuumtisch 5 in Richtung Fixiereinheit 7 abtransportiert. Die
Faserverstärkung 1 bleibt aber entlang der Laufrichtung bzw. X-Richtung beweglich, sodass der Laufwagen mit Imprägnier- 2 und Fixiervorrichtung 6 entlang einer im Hohlprofil 7 ausgelegten Faserverstärkung 1 verfahren werden kann, um die Faserverstärkung 1 der Länge nach mit Adhäsionsmittel 4 zu imprägnieren und unmittelbar anschließend zu fixieren. Das Adhäsionsmittel 4 wird vorzugsweise als Sprühnebel oder in Form von Tropfen in der Vakuumkammer 5 auf die auf dem Vakuumtisch 5a angeordnete Faserverstärkung 1 aufgebracht, wobei das angelegte Vakuum eine vollständige Durchdringung der
Faserverstärkung 1 unterstützt. Grundsätzlich kann das Adhäsionsmittel 4 in der
Imprägnierkammer 5 in horizontaler und/oder vertikaler Ausrichtung versprüht werden. In Fig. 2 ist eine Düse zum nahezu vertikalen Versprühen des Adhäsionsmittels 4a dargestellt. Das Adhäsionsmittel 4 wird durch eine Zuführung 4a zur Düse geleitet. An der zur Düse abgewandten Seite der Zuführung 4a kann entweder ein Adhäsionsmittelreservoir bzw. Tank (nicht dargestellt) angeschlossen sein, oder es ist eine externe Zuführung des
Adhäsionsmittels 4 vorgesehen, wobei an die Zuführung 4a ein Schlauch (nicht dargestellt) angeschlossen ist, um Adhäsionsmittel 4 von außen zur Imprägniereinheit zu leiten.
Im hinteren Bereich des Laufwagens ist eine Fixiervorrichtung 6 angebracht. Die
Fixiervorrichtung 6 besteht vorzugsweise aus Anpresswalzen 6a, welche die mit
Adhäsionsmittel 4 imprägnierte Faserverstärkung 1 vorzugsweise in einem unteren Bereich 7b (Bodenbereich) des Hohlprofils 7 ausrichten und fixieren. Der Anpressdruck wird dabei vorzugsweise über einen Federarm auf die Anpresswalzen 6a ausgeübt, wobei der
Federarm 6b über eine oder mehrere Laufrollen 6c an der Decke 7c des Hohlprofils 7 verfahrbar abgestützt ist. Der in Figur 2 dargestellte Laufwagen 2 kann in der gezeigten Ausführungsform in einem einzigen Arbeitsgang eine in ein Hohlprofil 7 eingebrachte Faserverstärkung 1 vom Anfang bis zum Ende mit Adhäsionsmittel 4 imprägnieren und unmittelbar anschließend
vorzugsweise im unteren Bereich 7b des Hohlprofils ausrichten und fixieren. Vorzugsweise werden neben dem Bodenbereich 7b auch die unteren Abschnitte der Seitenwände 7a des Hohlprofils 7 in den mit der Faserverstärkung 1 zu belegenden Bereich mit einbezogen.
Figur 3 zeigt ein Hohlprofil 7 nach dem Einbringen und Fixieren einer Faserverstärkung 1. Die Faserverstärkung 1 wird vorzugsweise im unteren Bereich 7b des Hohlprofils fixiert und kann darüber hinaus auch beidseitig an den unteren Abschnitten der Seitenwände 7a des Hohlprofils 7 fixiert werden.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Analog zur ersten Ausführungsform der Figuren 1 und 2 weist die Imprägnier- und Fixiervorrichtung ebenfalls einen Laufwagen 2 mit der Imprägniervorrichtung auf, dessen Laufrollen 2a an den Kanten des Hohlprofiles 7 verfahrbar angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform wurde im Wesentlichen in der Imprägnierkammer 5 der Imprägniervorrichtung der Vakuumtisch (nicht in Figur 4 dargestellt) durch ein Imprägnierbad 5c ersetzt. Mit Hilfe von Anpressrollen 5b wird die mit Adhäsionsmittel 4 zu imprägnierende Faserverstärkung 1 in das Imprägnierbad 5c zu- bzw. abgeführt. Das für die Beschichtung der Faserverstärkung 1 vorgesehene
Adhäsionsmittel 4 befindet sich im Imprägnierbad 5c und kann im Bedarfsfall über einen Zulauf 4a für das Adhäsionsmittel 4 aufgefüllt werden.
Im hinteren Bereich des Laufwagens 2 ist wie bei der ersten Ausführungsform eine
Fixiervorrichtung 6 angebracht. Die Fixiervorrichtung 6 besteht vorzugsweise aus
Anpresswalzen 6a, welche die mit Adhäsionsmittel 4 imprägnierte Faserverstärkung 1 vorzugsweise im unteren Bereich 7b (Bodenbereich) des Hohlprofils 7 ausrichten und fixieren. Der Anpressdruck wird dabei vorzugsweise über einen Federarm 6b auf die
Anpresswalzen 6a ausgeübt, wobei der Federarm 6b über eine oder mehrere Laufrollen 6c an der oberen Seite 7c des Hohlprofils 7 verfahrbar abgestützt ist.
Am hinteren Ende der Fixiereinheit 6, am vorderen Ende der Imprägniereinheit 2 und/oder innerhalb der Imprägnierkammer 5 können Kameras (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über eine zusätzliche externe Lichtquelle verfügen können. Es können sowohl Videokameras als auch Fotokameras eingesetzt werden.
Neben den dargestellten Ausführungsformen ist auch eine weitere Ausführungsform denkbar, bei der das Adhäsionsmittel nach einem elektrostatischen Beschichtungsverfahren auf die Faserverstärkung aufgebracht wird. Grundprinzip dieses Verfahren ist der Ladungsgegensatz zwischen der Faserverstärkung als Vorlage bzw. Substrat einerseits und dem Adhäsionsmittel andererseits.
Die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen kann in einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform eine spezielle Greifvorrichtung zum Ergreifen der im Hohlprofil liegenden Faserverstärkung aufweisen, die in Laufrichtung am oder vor dem Laufwagen der
Imprägniereinheit angeordnet ist. Die Greifvorrichtung nimmt die lose im Hohlprofil liegende Faserverstärkung auf und führt sie kontinuierlich der Imprägniereinheit zu.
Bezugszeichenliste
1 Faserverstärkung
2 Benetzungsvorrichtung / Imprägniervorrichtung /Beschichtungsvorrichtung / Laufwagen
2a Laufrolle des Laufwagens 2
3 Vakuumschlauch
4 Adhäsionsmittel, z.B. Epoxidharz, Klebstoff 4a Zuleitung für das Adhäsionsmittel
5 Beschichtungs- bzw. Imprägnierkammer 5a Vakuumtisch
5b Anpressrolle
5c Imprägnierbad
6 Ausrichtungs- und Fixiervorrichtung 6a Anpresswalze oder Anpressrolle
6b Federarm der Ausrichtungs- und Anpressvorrichtung 6
6c Laufrolle der Ausrichtungs- und Anpressvorrichtung 6
7 Hohlprofil
7a Seitenwand des Hohlprofils 7
7b Bodenbereich oder unterer Bereich des Hohlprofils 7
7c oberer Bereich des Hohlprofils 7

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7), umfassend die Schritte:
A. Reinigen des Hohlprofils (7), wobei das Hohlprofil (7) Innenwände (7a, 7b, 7c) umfasst,
B. Einziehen einer Faserverstärkung (1 ) in das Hohlprofil (7) zumindest in einem Segment entlang des Hohlprofils (7),
C. Einbringen eines Imprägnierungs- und Fixierungssystems in das Hohlprofil (7), wobei die Faserverstärkung (1 ) in das Imprägnierungs- und Fixierungssystem eingelegt wird,
D. Ergreifen der Faserverstärkung (1 ) im Bereich vor dem Imprägnierungs- und Fixierungssystems,
E. Benetzen der Faserverstärkung (1 ) mit einem Adhäsionsmittel (4),
F. Ausrichten der mit Adhäsionsmittel (4) imprägnierten Faserverstärkung (1 ) im Hohlprofil (7),
G. Fixieren der imprägnierten Faserverstärkung (1 ) in den gewünschten Bereichen des Hohlprofils (7) mit einem Andruckmechanismus.
2. Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Faserverstärkung (1 ) Fasern mit einem E-Modul von größer oder gleich 200 000 N/mm2 aufweist, wobei die Faserverstärkung (1 ) insbesondere Carbonfasern und/oder Aramidfasern aufweist und wobei die Carbonfasern und/oder die
Aramidfasern vorzugsweise als einzelne Stränge entlang der Faserverstärkung angeordnet werden.
3. Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fixieren der Faserverstärkung (1 ) in Schritt G auf die Innenwände des
Hohlprofils (7) zusätzlich ein Korrosionsschutz durch Aufsprühen aufgetragen wird.
4. Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Hohlprofil (7) mit der Faserverstärkung (1 ) nach dem Fixieren der Faserverstärkung (1 ) in Schritt G zusätzlich ein Schlauch eingezogen oder inversiert wird.
5. Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adhäsionsmittel (4) Harze, insbesondere Epoxidharze und/oder Klebstoffe aufweist.
6. Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkung (1 ) in einem Teilbereich des Hohlprofils (7), vorzugsweise im Bodenbereich des Hohlprofils (7b) angeordnet wird und sich entlang des Hohlprofils (7) erstreckt, wobei die Faserverstärkung (1 ) im Inneren des Hohlprofils (7) sich vorzugsweise jeweils seitlich über den Bodenbereich (7b) hinausgehend auch über die unteren Wandabschnitte (7a) erstreckt.
7. Verfahren zum longitudinalen Einbringen und Verkleben von Fasern zur Verstärkung von Hohlprofilen (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Ertüchtigung von Brückenkonstruktionen oder Schiffskörpern einsetzbar ist, wobei diese vorzugsweise orthotropen Platten umfassen.
8. Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) mit einer
Imprägniereinheit, die einen Laufwagen (2) mit einer Mehrzahl an
Führungselementen und eine Imprägniervorrichtung (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) außerdem eine Fixiereinheit aufweist, die an die Imprägniereinheit angekoppelt ist, wobei die Fixiereinheit Anpressrollen (6a), mindestens ein Federelement (6b) und ein
Führungselement (6c) umfasst, wobei die Anpressrollen (6a) und das
Führungselement an entgegensetzten Enden des Federelements (6b) angeordnet sind und an jeweils gegenüberliegenden Seiten (7a, 7b, 7c) eines Hohlprofils (7) verfahrbar aufsetzbar sind, und dass die Vorrichtung zum Verstärken von
Hohlprofilen (7) in einem zu verstärkenden Hohlprofil (7) einsetzbar und verfahrbar ist, wobei die Vorrichtung zum longitudinalen Verstärken von Hohlprofilen (7) geeignet ist, durch das Verfahren innerhalb des Hohlprofils (7) eine Verstärkung aufzunehmen, zu imprägnieren, auszurichten und zu fixieren.
9. Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Imprägniereinheit eine Greifvorrichtung zum Ergreifen der Verstärkung aufweist, wobei die Verstärkung vorzugsweise eine langgestreckte bzw. strangförmige Faserverstärkung (1 ) ist.
10. Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente der Imprägniereinheit als Laufrollen (2a) oder/und Gleitelemente ausgestaltet sind, wobei eine Winde zum Verfahren der Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) vorgesehen ist oder/und die
Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) einen eigenen Antrieb aufweist.
1 1 . Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem Schläuche zur Zuführung und Abführung eines Adhäsionsmittels (4) aufweist, die vorzugsweise an außerhalb des Hohlprofils (7) angeordneten Pumpen angeschlossen sind.
12. Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniervorrichtung (2) einen Vakuumtisch (5a), ein Imprägnierbad oder/und eine Einrichtung zum elektrostatischen
Beschichten/Imprägnieren aufweist.
13. Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) zusätzlich mindestens eine Kamera vorgesehen ist, die eine zusätzliche Lichtquelle aufweisen kann, wobei Kameras am hinteren Bereich der Fixiereinheit, am vorderen Ende der Imprägniereinheit oder in der Imprägniervorrichtung (2) anordnenbar sind.
14. Vorrichtung zum Verstärken von Hohlprofilen (7) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 7 einsetzbar ist.
PCT/EP2015/075558 2014-11-03 2015-11-03 Verfahren zum einbringen und verkleben von fasern zur verstärkung von hohlprofilen und vorrichtung zum verstärken eines hohlprofils WO2016071322A1 (de)

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