WO2010091732A1 - Verfahren zur herstellung von composite-hohlkörpern - Google Patents

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WO2010091732A1
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support core
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scrim
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Martin Kaenzig
Stefan Christ
Rolf Singenberger
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Bmc Trading Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing tubular composite hollow bodies.
  • Composite materials such as so-called composite hollow bodies is known per se. For example, it is proposed to apply a stocking-like support fabric or scrim produced by means of so-called round braiding machines to a tubular or cylindrical support body or to pull over it.
  • the scrim is either by lamination or by injection molding with a suitable binder such as in particular a reaction resin, such as epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, etc. added and cured the composite thus prepared by means of optional heat.
  • a suitable binder such as in particular a reaction resin, such as epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, etc. added and cured the composite thus prepared by means of optional heat.
  • a disadvantage of this manufacturing method is that dimensional differences such as curvatures, different diameters on the hollow body to be produced can generally hardly be taken into account.
  • the object is achieved by means of a method, in particular according to the wording of claim 1.
  • the inventive method for the production of composite hollow bodies, in particular of tubular composite hollow bodies provides that on a substantially made of an elastomeric material or a plastic material lssensaus stretchne
  • Support core a braid or scrim is applied and this is subsequently solidified by means of a binder, after which the support core is removed after curing of the binder.
  • the mesh is optimized for load according to the tube shape and cross section. This is determined by the number of threads, arrangement / orientation and by the
  • the elastomeric material for producing the support core may be, for example, at least for the main part of a silicone-like material. It is further possible within the elastomeric material, such as the silicone-like material, to arrange one or more longitudinal metal pins or metal wires. It is important that the support body, despite the use of an elastic or plastic material is dimensionally stable.
  • the support core is heatable, which can be achieved for example by arranging electrically conductive or thermally conductive fiber, pen or wire-like materials, for example, by applying electrical current heat is generated to the To heat support core.
  • These may in turn be metallic materials, such as copper wires or even electrically conductive polymer materials such as graphite, etc.
  • release agents are well known for example from the epoxy resins, polyester resins or PU resins using mold construction.
  • the application of the binder or penetration of the fabric or jelly can be done for example by means of lamination, or by injection molding, by the support core is placed with the tissue or scrim applied thereto in a corresponding injection mold.
  • Reaction resins such as, for example, epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, silicone resins, highly crosslinked prepreg resins, etc., are particularly suitable as binders.
  • the choice of resin depends on the final one
  • the mesh or scrim may also be advantageous to insert further fibers, yarns or threads into the mesh or scrim, in particular along the support body longitudinal threads or yarns consisting of glass fibers, graphite fibers, synthetic fibers such as polyamide fibers, flame retardant fibers, metal fibers, etc.
  • the elastomer support core before the application of the fabric or To preform something.
  • bends, weaker or stronger diameters, etc. can in the
  • Elastomer support core such as the silicone support core are generated prior to applying the braid or Geleges. This is a significant advantage over the manufacturing techniques known today, where usually uniformly sized support cores or cylinders are used, and any dimensional changes are generated by generating an overpressure within the tubular support body, resulting in the initially described difficulties of the final composite hollow body produced can.
  • Fig. Ia + Ib shown schematically the application of the braid or Geleges on the elastomeric support body
  • Fig. 2 shows schematically the elastomer support body with the braid or scrim disposed thereon, and Fig. 3 of the finally produced composite hollow body as a tubular composite hollow body.
  • FIG. 1a shows schematically and in a longitudinal perspective how the braid or scrim responsible for reinforcing the composite hollow body is applied to an elastomer support core 1.
  • a circular braiding machine 2 shown schematically by means of coils 8, threads 4 and 6, respectively, are braided onto the elastomer support body 1.
  • threads 4 and 6 are braided onto the elastomer support body 1.
  • the Geleges or the braid 5 will not be discussed at this point, since this process is well known in the art. It should be mentioned only that, for example, by attaching spacers or other suitable means, a spacing of the braid or Geleges of
  • Elastomer body 1 can be achieved in order to achieve the correct position of the fabric or fabric in the composite hollow body to be produced.
  • Elastomer core 1 moves, possibly at certain points, the round braiding machine is moved back and forth to locally produce a higher braid or gel strength. This may be necessary, in particular, when bends are present in the support body, so that, for example, with a uniform speed of movement on the surface of the outer, higher radius, the density would be smaller and the density would be increased in the region of the inner, smaller radius. This can be compensated by moving the round braiding machine back and forth.
  • FIG. 1 b shows the system illustrated in FIG. 1 a in section along the line II. It can clearly be seen how the threads 4 and 6 are braided opposite to one another by the coils 8 on the elastomer support body 1.
  • Figure 2 shows the support body 1 after completion of Flechtling Laying process, wherein on the support core 1, consisting for example of a silicone-like material, the scrim or mesh 5 is applied. It was during the order process to ensure that in the field of slight curvature - with a larger radius denoted by 7 and with a smaller radius denoted by 9 - the density of the braid is the same.
  • the fabric or scrim is "closed" by a knot 10, for example, in order to simplify later detachment of the support core.
  • the elastomer support core 1 is placed for example in an injection mold, whereupon the binder is injected under pressure according to known injection molding technology.
  • the binder is also possible to apply the binder by lamination to the scrim or the braid.
  • the support core for example, metal threads or wires
  • a central metal core 3 which on the one hand can be used for heating and on the other hand, but also to allow a detachment of the support core after curing of the composite hollow body.
  • the elastomer core such as the silicone support core
  • the leaching is also simplified, which is further promoted by the application of release agent on the Elastomerstützkern.
  • the composite hollow body 11 produced is shown schematically, which may be sized according to the intended use or may be provided with appropriate binder and scrim.
  • Such composite hollow body find use in a variety of applications such as sports equipment, such as bicycles, devices of daily use, etc. In many cases replace such composite hollow body such as composite pipes, metal pipes to save weight.
  • suitable reinforcing materials such as carbon fibers, aramid fibers, etc.
  • highly crosslinking binders excellent mechanical properties can be achieved which can even surpass the properties of metal.
  • Support body to use any suitable elastomeric materials, but it is essential that they remain dimensionally stable even when applying the reinforcing mesh or -geleges.
  • the application of the braid or Geleges can be done in a variety of ways, the round braiding machine mentioned in the example is just one example to illustrate the present invention better.
  • a pre-fabricated hosiery or tubular fabric over the Support core are raised.
  • the choice of binder as well as the choice of material for making the braid or Geleges can be chosen arbitrarily, that is according to the requirements of the finally produced composite hollow body.

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Abstract

Gemäss einem Verfahren zur Herstellung von Composithohlkörpern, wie insbesondere von rohrförmigen Verbundhohlkörpern wird auf einen im Wesentlichen aus einem Elastomermaterial oder einem wenigstens teilweise plastischen oder flexiblen Material bestehenden, längs ausgedehnten Stützkern (1) ein Geflecht, Gewebe oder Gelege (5) aufgebracht. Dieses wird anschliessend mittels einem Bindemittel verfestigt, worauf nach Aushärten des Bindemittels der Stützkern entfernt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Composite-Hohlkörpern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von rohrförmigen Verbundhohlkörpern. Die Herstellung von rohrförmigen Hohlkörpern aus
Verbundwerkstoffen wie sogenannten Composite-Hohlkörpern ist an sich bekannt. So wird beispielsweise vorgeschlagen ein mittels sogenannten Rundflechtmaschinen hergestelltes strumpfartiges Stützgewebe oder Gelege aussen an einen rohrförmigen bzw. zylinderförmigen Stützkörper aufzubringen bzw. über diesen zu ziehen.
Anschliessend wird das Gelege entweder durch Laminieren oder mittels Spritzgusstechnik mit einem geeigneten Bindemittel wie insbesondere einem Reaktionsharz, wie beispielsweise Epoxydharz, Polyesterharz, Polyurethanharz, etc. versetzt und der so hergestellte Verbund mittels gegebenenfalls Wärme ausgehärtet.
Ein Nachteil dieses Herstellverfahrens liegt darin, dass in der Regel Dimensionsunterschiede wie Krümmungen, unterschiedliche Durchmesser am herzustellenden Hohlkörper kaum berücksichtigt werden können. Wohl besteht die Möglichkeit während des Herstellprozederes beispielsweise mittels Druck innerhalb des rohrförmigen oder zylinderförmigen Stützkörpers gegebenenfalls örtlich eine Aufweitung des hergestellten Verbundes oder Compositerohres zu erzeugen, doch ergibt sich dann in der Regel an diesen Stellen eine reduzierte Verstärkung am aufgebrachten Gelege, indem dieses ebenfalls mit aufgeweitet wird. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Composite-Hohlkörpern wie insbesondere rohrförmigen Verbund-Hohlkörpern vorzuschlagen, mittels welchen auch mindestens leicht gebogene, unterschiedliche Rohrdurchmesser aufweisende bzw. generell unterschiedliche Dimensionierung aufweisende Hohlkörper hergestellt werden können.
Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe mittels einem Verfahren insbesondere gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Composite-Hohlkörpern, wie insbesondere von rohrförmigen Verbund-Hohlkörpern, sieht vor, dass auf einem im Wesentlichen aus einem Elastomermaterial oder einem plastischen Material bestehenden längsausgedehnten
Stützkern ein Geflecht oder Gelege aufgebracht wird und dieses anschliessend mittels einem Bindemittel verfestigt wird, worauf nach Aushärten des Bindemittels der Stützkern entfernt wird. Gemäss einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, das Geflecht oder Gelege mittels einer sogenannten Rundflechtmaschine auf dem Stützkern aufzubringen, wobei beim Erzeugen des Geleges oder Geflechtes die Rundflechtmaschine, je nach Stärke des zu erstellenden Geleges, entlang des Stützkörpers beispielsweise örtlich hin und her bewegt wird, wobei in Bereichen von erhöhter zu erstellender Geflecht bzw. Gelegedichte die Rundflechtmaschine wiederholt hin und her bewegt wird bzw. die örtliche Verweilzeit in diesem Bereich des Stützkerns erhöht wird.
Das Geflecht wird entsprechend der Rohr-Form und Querschnitt belastungsoptimiert . Das wird durch die Anzahl Fäden, Anordnung/Ausrichtung und durch die
Flechtgeschwindigkeit beim Einführen des Kerns erreicht.
Beim Elastomermaterial zur Herstellung des Stützkerns kann es sich beispielsweise mindestens zur Hauptsache aus einem silikonartigen Material handeln. Dabei ist es weiter möglich innerhalb des Elastomermaterials, wie beispielsweise des silikonartigen Materials, einen oder mehrere längsverlaufende Metallstifte bzw. Metalldrähte anzuordnen. Wichtig ist, dass der Stützkörper, trotz Verwendung eines elastischen bzw. plastischen Materials dimensionsstabil ist.
Für das Aushärten des Bindemittels kann es gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn der Stützkern beheizbar ist, was beispielsweise durch Anordnen von elektrisch leitenden oder wärmeleitenden faser-, stift- oder drahtartigen Materialien erreicht werden kann, wobei beispielsweise durch Anlegen elektrischen Stromes Wärme erzeugt wird, um den Stützkern zu erwärmen. Dabei kann es sich wiederum um metallische Materialien handeln, wie beispielsweise Kupferdrähte oder aber auch um elektrisch leitende Polymermaterialen wie beispielsweise Graphit, etc.
Um den beispielsweise aus Silikon bestehenden Stützkern nach erfolgter Herstellung des Composite-Hohlkörpers aus dem Innern dieses Hohlkörpers entfernen zu können, kann es vorteilhaft sein, den Elastomerkern vor Aufbringen des Geleges oder Geflechts mittels einem geeigneten Trennmittel zu versehen. Derartige Trennmittel sind beispielsweise aus dem Epoxidharze, Polyesterharze oder PU-Harze verwendenden Formenbau an sich bestens bekannt.
Das Aufbringen des Bindemittels bzw. Durchdringens des Gewebes oder Geleges kann beispielsweise mittels Laminiertechnik erfolgen, oder aber mittels Spritzgusstechnik, indem der Stützkern mit dem darauf aufgebrachten Gewebe oder Gelege in eine entsprechende Spritzgussform eingelegt wird.
Als Bindemittel eignen sich insbesondere Reaktionsharze wie beispielsweise Epoxidharz, Polyesterharz, Polyurethanharz, Silikonharze, hochvernetzende Prepregharze, etc. Die Wahl des Harzes richtet sich nach den schlussendlichen
Anforderungen an den herzustellenden Composite-Hohlkörper, wie beispielsweise an mechanische Eigenschaften, Chemikalienresistenz, etc.
Entsprechend dem an den Composite-Hohlkörper gestellten Anforderungen kann es gegebenenfalls auch vorteilhaft sein, in das Geflecht bzw. Gelege weitere Fasern, Garne oder Fäden einzulegen, wie insbesondere entlang des Stützkörpers längsverlaufende Fäden oder Garne bestehend aus Glasfasern, Graphitfasern, synthetischen Fasern wie Polyamidfasern, flammhemmenden Fasern, Metallfasern, etc.
Wiederum gemäss einer weiteren Ausführungsvariante ist es möglich, entsprechend den dimensionsmässigen Anforderungen an den herzustellenden Composite-Hohlkörper, den Elastomerstützkern vor dem Aufbringen des Gewebes oder Geleges vorzuformen. Insbesondere Biegungen, schwächere oder stärkere Durchmesser, etc. können im
Elastomerstützkern wie beispielsweise dem Silikonstützkern vor dem Aufbringen des Geflechts oder Geleges erzeugt werden. Dies ist ein gewichtiger Vorteil gegenüber den heute bekannten Herstelltechniken, wo in der Regel gleichmässig dimensionierte Stützkerne oder Zylinder verwendet werden, und allfällige Dimensionsänderungen durch Erzeugen eines Überdrucks innerhalb des rohrförmigen Stützkörpers erzeugt werden, was zu den eingangs geschilderten Schwierigkeiten des letztendlichen hergestellten Composite-Hohlkörpers führen kann.
Die Erfindung wird nun beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren kurz näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. Ia + Ib schematisch dargestellt das Aufbringen des Geflechts oder Geleges auf den Elastomerstützkörper
Fig. 2 schematisch dargestellt den Elastomerstützkörper mit dem darauf angeordneten Geflecht oder Gelege, und Fig. 3 der schlussendlich hergestellte Composite-Hohlkörper wie ein rohrförmiger Verbund-Hohlkörper.
Figur Ia zeigt schematisch und in Längsperspektive, wie auf einem Elastomer-stützkern 1 das für das Verstärken des Composite-Hohlkörpers verantwortliche Geflecht oder Gelege aufgebracht wird. Mittels einer schematisch durch Spulen 8 dargestellte Rundflechtmaschine 2 werden je Fäden 4 bzw. 6 auf den Elastomerstützkörper 1 aufgeflochten. Auf den Vorgang des Aufbringens des Geleges bzw. des Geflechtes 5 wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen, da dieser Vorgang aus dem Stand der Technik bestens bekannt ist. Erwähnt sei lediglich, dass beispielsweise durch Anbringen von Abstandhaltern oder anderen geeigneten Mitteln, eine Beabstandung des Geflechtes oder Geleges vom
Elastomerkörper 1 erzielt werden kann, um die richtige Lage des Geleges oder Gewebes im herzustellenden Composite- Hohlkörper zu erreichen.
Während dem Aufbringen des Geleges oder Geleges wird die Rundflechtmaschine 2 in Längsrichtung entlang dem
Elastomerkern 1 bewegt, wobei gegebenenfalls an gewissen Stellen die Rundflechtmaschine hin und her bewegt wird, um örtlich eine höhere Geflecht- oder Gelegestärke zu erzeugen. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn Biegungen im Stützkörper vorhanden sind, sodass beispielsweise bei gleichmässiger Bewegungsgeschwindigkeit an der Oberfläche des äusseren höheren Radius die Dichte kleiner wäre und im Bereich des inneren kleineren Radius die Dichte erhöht wäre. Dies kann durch hin und her bewegen der Rundflechtmaschine ausgeglichen werden.
Figur Ib zeigt die Anlage dargestellt in Fig. Ia im Schnitt entlang der Linie I-I. Dabei ist deutlich erkennbar, wie die Fäden 4 bzw. 6 gegenläufig von den Spulen 8 auf den Elastomerstützkörper 1 aufgeflochten werden. Figur 2 zeigt den Stützkörper 1 nach Beendigung des Flechtbzw. Legevorgangs, wobei auf den Stützkern 1, bestehend beispielsweise aus einem silikonartigen Material, das Gelege oder Geflecht 5 aufgebracht ist. Dabei wurde beim Auftragevorgang darauf geachtet, dass im Bereich einer leichten Krümmung - mit grosserem Radius bezeichnet mit 7 und mit kleinerem Radius bezeichnet mit 9 - die Dichte des Geflechts bzw. Geleges identisch ist. An einem Ende des Stützkörpers 1 wird das Gewebe oder Gelege beispielsweise durch einen Knoten 10 „verschlossen" um ein späteres Herauslösen des Stützkerns zu vereinfachen.
Es ist natürlich auch möglich, zunächst in einem separaten Schritt, ein strumpfartiges Geflecht oder Gewebe herzustellen, welches dann über den Stützkern gezogen bzw. gestülpt wird.
Nun wird der Elastomerstützkern 1 beispielsweise in eine Spritzgussform eingelegt, worauf gemäss bekannter Spritzgusstechnik das Bindemittel unter Druck eingespritzt wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Bindemittel durch Laminieren auf das Gelege bzw. das Geflecht aufzutragen.
Durch im Stützkern eingebrachte beispielsweise Metallfäden oder -Drähte ist es möglich den Stützkern zu erwärmen, um das Aushärten des Bindemittels zusätzlich zu unterstützen. Schematisch in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist ein mittiger Metallkern 3, welcher einerseits für das Erwärmen verwendet werden kann und andererseits aber auch um ein Herauslösen des Stützkerns nach Aushärten des Composite- Hohlkörpers zu ermöglichen. Durch das Erwärmen des Elastomerkerns wie beispielsweise des Silikonstützkerns wird zudem das Herauslösen vereinfacht, was zusätzlich durch das Aufbringen von Trennmittel auf den Elastomerstützkern begünstigt wird. In Figur 3 schliesslich ist der hergestellte Composite- Hohlkörper 11 schematisch dargestellt, welcher entsprechend der vorgesehenen Verwendung dimensioniert sein kann bzw. mit entsprechenden Bindemittel und Gelege versehen sein kann.
Derartige Composite-Hohlkörper finden Verwendung in den verschiedenstes Anwendungen wie beispielsweise bei Sportgeräten, wie Fahrräder, bei Geräten des täglichen Gebrauches etc. Vielfach ersetzen derartige Composite- Hohlkörper wie beispielsweise Verbundrohre, Metallrohre um Gewicht zu sparen. Hinzu kommt, dass durch die Verwendung von geeigneten Verstärkungsmaterialien wie beispielsweise Kohlenstoff-Fasern, Aramidfasern, etc. und durch die Verwendung von hochvernetzenden Bindemitteln hervorragende mechanische Eigenschaften erzielt werden können, welche gar die Eigenschaften von Metall übertreffen können.
Bei dem unter Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Herstellverfahren handelt es sich selbstverständlich nur um ein Beispiel, um die vorliegende Erfindung näher zu erläutern. So ist es selbstverständlich möglich, für den
Stützkörper irgendwelche geeignete Elastomermaterialien zu verwenden, wobei aber wesentlich ist, dass sie auch beim Aufbringen des Verstärkungsgeflechts oder -geleges dimensionsstabil bleiben. Auch das Aufbringen des Geflechts oder Geleges kann auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen, die im Beispiel erwähnte Rundflechtmaschine ist lediglich ein Beispiel um die vorliegende Erfindung besser darstellen zu können. So kann ein bereits vorab hergestelltes strumpf- oder schlauchartiges Gewebe über den Stützkern aufgezogen werden. Auch die Wahl des Bindemittels wie auch die Materialwahl für das Herstellen des Geflechts oder Geleges kann beliebig gewählt werden, das heisst entsprechend den Anforderungen an den schliesslich herzustellenden Composite-Hohlkörper .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Composite-Hohlkörpern wie insbesondere von rohrförmigen Verbund-Hohlkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen im Wesentlichen aus einem Elastomermaterial oder einem wenigstens teilweise plastischen oder flexiblen Material bestehenden, längsausgedehnten Stützkern ein Geflecht, Gewebe oder Gelege aufgebracht wird und dieses anschliessend mittels einem Bindemittel verfestigt wird, worauf nach Aushärten des Bindemittels der Stützkern entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelege mittels einer sogenannten Rundflechtmaschine aufgebracht wird, wobei beim Erzeugen des Geleges die Rundflechtmaschine, je nach zu erzeugender Stärke des Geleges, entlang des Stützkerns hin und her bewegt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern mindestens zur
Hauptsache aus einem silikonartigen Material besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern, wie insbesondere der Silikonkern, in Längsrichtung durch mindestens einen Metalldraht oder Metallstab oder eine sogenannten Metallader durchsetzt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern, wie insbesondere der Silikonkern, auf seiner äusseren Oberfläche mit einem Trennmittel beschichtet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern, wie insbesondere der Silikonkern, beheizbar ist, um das Bindemittel beim Aushärten zusätzlich zu erwärmen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel durch Laminieren oder mittels Spritzguss appliziert wird, um das Gelege zu verfestigen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein Reaktionsharz wie insbesondere ein Epoxidharz, ein Polyesterharz, ein Polyurethanharz, etc. verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nebst dem Gewebe oder Gelege im Wesentlichen längsverlaufende Fäden, Drähte oder Fasern in das Gewebe oder Gelege eingelegt werden, wie beispielsweise Glasfasern, Metallfasern, Graphitfasern, Aramidfasern, etc. und/oder Fäden oder Garne, hergestellt aus den genannten Fasern.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerstützkern bzw. der Silikonkern vor dem Auftragen des Geleges oder des Gewebes in die zu erzeugende Form des Composite- Hohlkörpers entsprechend vorgeformt wird und anschliessend das Gelege aufgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aushärten des Bindemittels der Stützkern durch seitliches Herausziehen aus dem zu erzeugenden Composite-Hohlkörpers entfernt wird, wobei das Entfernen beispielsweise mittels Erwärmen des Stützkerns begünstigt werden kann.
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