DE1559465C - Mehrschichtiges Bauelement, insbe sondere Außen und/oder Trennwände von Behaltern oder Transportfahrzeugen fur Massenguter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Bauelement, insbesondere für Außen- und/oder Trennwände von Behältern oder Transportfahrzeugen für Massengüter, vorzugsweise Wasserfahrzeugen, mit einer mittleren Schicht und zwei äußeren, in einer Richtung faserverstärkten Schichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Bauelement zu schaffen, das einerseits ein möglichst leichtes Gewicht, andererseits aber eine hinreichende Biegsamkeit und zugleich Festigkeit aufweist, um der Beanspruchung, der es ausgesetzt ist, insbesondere Belastung durch feste oder flüssige Ladungen, standzuhalten, ohne bei seinen infolge solcher Beanspruchungen möglichen Formänderungen zu zerblättern, d. h. ohne daß die Schichten, aus denen es zusammengesetzt ist, sich gegenseitig verschieben. ;

Eine Beanspruchung im Sinne des Zerblätterns entsteht, wenn ein solches Bauelement durch eine senkrecht zu den Fugen seiner Schichten wirkende Kraft in einen zweifach gekrümmten Zustand verformt wird. Eine solche Verformung bewirkt Scherkräfte zwischen den Schichten, welche parallel zu den Fugen wirken. Zu einem Zerblättern kommt es, wenn das Klebemittel nicht ausreicht, diese Scherkräfte zwischen den Schichten zu absorbieren und die Schichten trotz dieser Scherkräfte zusammenzuhalten.

Ein Zerblättern muß bei geschichteten Stoffen aus mehreren Gründen vermieden werden; z. B. würde es das Zerblättern erlauben, daß die Schichten sich gegeneinander verschieben, wenn der Stoff durch wechselnde Belastung wiederholt verformt wird. Ein solches Gegeneinanderverschieben vermindert die stoffliche Einheitlichkeit der Schichten, insbesondere bei Glasfaserschichtstoffen mit Harzbindung. Das ist äußerst unerwünscht, wenn solche Schichtstoffe für

ίο die Herstellung eines dichten Behälters oder dgl. benutzt werden sollen. . . Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die mittlere Schicht aus einem biegsamen Kunststoff (Elastomer) besteht, daß die beiden äußeren Schichten von im Abstand parallel zueinander angeordneten steifen Bändern gebildet werden, die aus in der Richtung der Bänder verlaufenden, durch Kunstharz miteinander verbundenen Fasern bestehen, und daß die Bänder der einen äußeren Schicht sich unter einem Winkel zu den Bändern der anderen äußeren Schicht erstrecken.

Ein solches Bauelement zeichnet sich durch eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen Trennung der Schichten bei zwischen diesen auftretenden Scherbeanspruchungen sowie bei Zugbeanspruchungen aus. Die einzelnen Schichten des Bauelements können sich relativ zueinander bewegen, um die Scherbeanspruchung zwischen den Schichten aufzunehmen, und dennoch kann der Baustoff dazu benutzt werden, um beispielsweise einen druckmittel- oder flüssigkeitsdichten Behälter zu bilden. Das Bauelement gemäß der Erfindung ist zwar äußerst fest, hat aber ein leichtes Gewicht. Es eignet sich beispielsweise auch für Unterteilungswände in Massengutfrachtern, wie z. B. Fahrzeugen zur Verschiffung von Erzen. Hierzu brauchen solche Unterteilungswände, die bisher aus schweren Stahlkonstruktionen bestanden, nicht zur baulichen Einheit des Schiffskörpers zu gehören. Ferner eignen sich solche Bauelemente auch für getaucht oder halb getaucht fahrende Transporteinrichtungen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Bauelements nach der Erfindung kann die mittlere biegsame Schicht Rippen aufweisen, die die Zwischenräume zwischen den Bändern bündig mit einer Ebene der Außenflächen der Bänder ausfüllen. Vorzugsweise weisen die Bänder rechteckigen Querschnitt auf. Ferner kann es von Vorteil sein, daß die Breite der Bänder parallel zu der mittleren biegsamen Schicht größer ist als ihre Dicke senkrecht dazu und daß ihr gegenseitiger Abstand kleiner ist als ihre jeweilige Breite.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines mehrschichtigen Bauelements,

Fig. 2 eine vergrößerte ausschnittweise Schnittdarstellung des Bauelements nach Fig. 1,
F i g. 3 und 4 schematische Diagramme, welche erläutern, wie die Winkelbeziehung zwischen den auf beiden Seiten der mittleren Schicht angebrachten Bändern die Eigenschaften des Bauelements bestimmt,

Fig. 5 eine vergrößerte unvollständige Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Bauelements,

Fig. 6 die Brauchbarkeit eines mehrschichtigen Baulements an Hand eines Teils einer Unterwasser-

transporteinrichtung, die auf dem Grund einer Bucht ruht,

Fig. 7 eine Oberansicht eines Teiles einer dritten Ausführungsform und

Fig. 8 eine Querschnittsansicht längs der Linie 8-8 von F i g. 7.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines mehrschichtigen Bauelements 10 mit einer mittleren Schicht 11 auf einem biegsamen Kunststoff (Elastomer) und langgestreckten in gerader Richtung dehnbaren Bändern 12 und 13 auf beiden Seiten der mittleren Schicht. Die Bänder haben eine einheitliche Querschnittsgestalt und befinden sich in regelmäßigen Abständen voneinander, wobei sie auf der mittleren Schicht jeweils parallel in einer gemeinsamen Ebene befestigt sind. Vorzugsweise sind auch die auf entgegengesetzten Seiten der mittleren Schicht befindlichen Bänder genau gleich. Die Bänder 12 verlaufen unter einem bestimmten Winkel zur Längsrichtung der Bänder 13. Die mittlere Schicht 11 ist hier ein Körper aus homogenem Material wie natürlicher oder künstlicher Kautschuk, z.B. Silikon-Butyl-Kautschuk. Ist die mittlere Schicht in sich beschichtet, so kann sie aus einem Gewebe bestehen, das auf beiden Seiten mit einer asphaltähnlichen Schicht bedeckt ist, da es in der unmittelbaren Umgebung des Gewebes nicht vollkommen erhärtet. Die Befestigung der Bänder auf der mittleren Schicht kann durch ein Klebemittel erfolgen, wie es an sich bei der Herstellung beschichteter Materialien bekannt ist.

Vorzugsweise bestehen die Bänder aus Bündeln von in einer Richtung verlaufenden Glasfasern, die mit einem warmhärtenden Kunstharz, z. B. einem Epoxyharz oder einem Phenolharz, verbunden sind. In jedem Falle muß das Material, aus dem die Bänder hergestellt sind, ein hohes Verhältnis von Dehnungsfestigkeit und Dehnungselastizitätsmodul (Young'scher Modul) besitzen. Es ist auch vorteilhaft, wenn das Material eine hohe Biege- und Torsionselastizität aufweist.

Wie in F i g. 2 dargestellt, können die Bänder auf jeweils einer Seite der mittleren Schicht 11 sich in einem Abstand s befinden, der kleiner ist als die Breite w der Bänder. Ferner kann die Breite w jedes Bandes größer sein als die Dicke t des Bandes (in Richtung senkrecht zur mittleren Schicht).

Die Breite w jedes Bandes ist auf die Verformung bezogen, der das mehrschichtige Bauelement 10 Widerstand leisten muß, ohne zu zerblättern. Dies läßt sich am besten in Verbindung mit F i g. 6 verstehen, in der ein Teil einer Unterwassertransporteinrichtung 15, beispielsweise für Rohöl 16, dargestellt ist, die auf dem Grund einer Bucht oder eines Hafens ruht. Wegen ihres Gewichtes sinkt die Transporteinrichtung in den weichen Grund 17 des Hafens ein und berührt dort beispielsweise einen größeren Felsblock 18. Dadurch entsteht eine örtliche Verformung 19 im Körper der Transporteinrichtung. Wäre diese aus einem beschichteten Baustoff hergestellt, bei dem jede Schicht starr und fest mit der Nachbarschicht verbunden ist (wie es der Fall ist, wenn jede Schicht eine mit Kunstharz imprägnierte Schicht aus parallelen Fasern ist, die mit der Nachbarschicht so verbunden ist, daß ihre Fasern kreuzweise zu den Fasern der Nachbarschicht verlaufen), so würde eine solche Verformung ein Zerblättern in dem verformten Bereich verursachen. Bei dem mehrschichtigen Bauelement 10 dagegen verursacht die Verformung kein Zerblättern, weil die Bänder die Möglichkeit haben, sich gegenüber der mittleren Schicht aus biegsamem Kunststoff relativ zueinander zu bewegen. Ist die erwartete Verformung groß, welcher das Bauelement Widerstand zu leisten hat, so sind die Bänder 12,13 schmal im Verhältnis zu ihrer Dicke t und die mittlere Schicht 11 verhältnismäßig dick (wobei die Dicke T der Schicht 11 zwischen den Bändern 12,13 gemessen ist). Ist die erwartete Verformung des Bauelements gering, so können die Bänder 12, 13 im Verhältnis zu ihrer Dicke t breit und die Schicht 11 dünn bemessen sein.

Der Aufbau des Bauelements 10 gestattet es, auf einfache Weise die Zugfestigkeit in zueinander senkrechten Richtungen bei der Herstellung im voraus zu beeinflussen. Ist der Winkel α (Fig. 3 und 4) zwischen den Längsrichtungen der Bänder auf entgegengesetzten Seiten der mittleren Schicht 11 ein spitzer Winkel Gc₁ (F i g. 3), so ist die Zugfestigkeit des Bauelements 10 in Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels a₁ am größten. Ist der eingeschlossene Winkel ein stumpfer Winkel a., (F i g. 4), so ist die Zugfestigkeit des Bauelements senkrecht zur Winkelhalbierenden des Winkels a₂ am größten. Demgemäß läßt sich das Bauelement so aufbauen, daß für jede Anwendungsmöglichkeit eine ausreichend große Festigkeit und das leichteste mögliche Gewicht erhalten werden kann. Das Bauelement 10 kann somit für jede gegebene Anforderung optimal von Fall zu Fall hergestellt werden.

Im vorstehenden wurde das Bauelement nur als ebenes plattenartiges Bauelement beschrieben. Es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, daß sich das Bauelement auch mit einer einfachen oder doppelten Krümmung (in unbelastetem Zustand) herstellen läßt. Fig. 5 zeigt den Schichtenaufbau eines Bauelements 20 mit mehreren sich etwa linear erstreckenden Bändern 12, 13 auf entgegengesetzten Seiten einer mittleren Schicht 21 aus einem biegsamen Kunststoff (Elastomer). Die mittlere Schicht hat Rippen 22, 23, welche in die Zwischenräume zwischen den Bändern 12,13 hineinragen und bündig in einer Ebene mit den Außenflächen der Bänder auf beiden Seiten der mittleren Schicht endigen. Die mittlere Schicht 21 ist ein homogener Körper, kann aber auch einen zusammengesetzten Aufbau aufweisen, wie er beispielsweise in Fig. 8 dargestellt ist. Die Rippen 22, 23 sind kompressibel, um eine Bewegung der Bänder aufeinander zu und voneinander weg zuzulassen, wenn die Gesamtanordnung des Bauelementes verformt wird. Das Bauelement 20 hat gegenüber dem Bauelement 10 für manche Anwendungszwecke Vorteile wie z. B. für Wasserfahrzeuge, da die gegenüberliegenden Flächen sehr glatt sind und der Strömung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums oder dem Fluß von Festkörpern keinen erheblichen Widerstand bieten.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein beschichtetes Bauelement 30 mit Bändergruppen 12,13 und einer mittleren Schicht 31. Diese ist ein zusammengesetzter Körper, der eine Gewebeschicht 32 vorzugsweise aus einem synthetischen Material wie einem Polyamid (z.B. »Nylon«) enthält, das gegenüber der Einwirkung von Kohlenwasserstoffen widerstandsfähig ist. Die Gewebeschicht ist auf beiden Seiten von einer Schicht 33 aus einem Material wie Asphalt bedeckt, das in der Umgebung des Gewebes nicht zu einem harten Zustand erstarrt.

Die F i g. 7 und 8 zeigen auch eine Ausbildung des Bauelementes 30 an seinen Rändern 35. Eine derartige Randausbildung kann angewendet werden, wenn das Bauelement auf einem Fundament oder dgl. befestigt werden soll. Ein langgestrecktes Band 36 (das selbst ein in bekannter Weise herstellbarer Schichtkörper sein kann) ist zu beiden Seiten des Bauelements längs des Randes 35 angeordnet. Vorzugsweise sind die Bänder 36 aus demselben Material wie die Bänder 12,13 hergestellt. Die Bänder 36 sind an den Bändern 12,13 beispielsweise durch Ankleben befestigt. Ein Randstreifen 37 ist zwischen den Bändern 12,13 angeordnet und mit diesen so verbunden, daß ihre Enden relativ zueinander festgelegt sind. Der Randstreifen hat eine Dicke, welche der Dicke der mittleren Schicht 31 entspricht. Dadurch wird eine Art Saum längs des Randes des Bauelements 30 gebildet. Das Bauelement kann dann durch Bolzen auf einem Fundament befestigt werden, die den Rand des Bauelementes durchsetzen.

Die vorstehend beschriebene Randausbildung eignet sich für jedes der Bauelemente 10, 20 und 30. Weist das Bauelement 30 keine Rippen der mittleren Schicht 31 in den Zwischenräumen zwischen den

ίο Bändern 12,13 auf, so kann es vorteilhaft sein, diese Zwischenräume unmittelbar neben den Bändern 36 mit einem warmhärtenden oder thermoplastischen Kunstharz 38, beispielsweise einem Epoxy- oder Phenolharz auszufüllen, um einen sicheren Grund für die Bänder 36 zu bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mehrschichtiges Bauelement, insbesondere für Außen- und/oder Trennwände von Behältern oder Transportfahrzeugen für Massengüter, vorzugsweise Wasserfahrzeugen, mit einer mittleren Schicht und zwei äußeren, in einer Richtung faserverstärkten Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (11, 21, 31) aus einem biegsamen Kunststoff (Elastomer) besteht, daß die beiden äußeren Schichten von im Abstand parallel zueinander angeordneten steifen Bändern (12, 13) gebildet werden, die aus in der Richtung der Bänder verlaufenden, durch Kunstharz miteinander verbundenen Fasern bestehen, und daß die Bänder (13) der einen äußeren Schicht sich unter einem Winkel zu den Bändern (12) der anderen äußeren Schicht erstrecken.

2. Mehrschichtiges Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere biegsame Schicht (11, 21, 31) Rippen (22, 23) aufweist, die die Zwischenräume zwischen den Bändern (12, 13) bündig mit einer Ebene der Außenflächen der Bänder (12, 13) ausfüllen.

3. Mehrschichtiges Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (12, 13) rechteckigen Querschnitt aufweisen.

4. Mehrschichtiges Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (w) der Bänder (12, 13) parallel zu der mittleren biegsamen Schicht (11, 21, 31) größer ist als ihre Dicke (/) senkrecht dazu und daß ihr gegenseitiger Abstand (s) kleiner ist als ihre jeweilige,Breite (w).