NO850668L - Lettbyggkonstruksjoner av hoey fasthet og formstivhet - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et veggelement med en Sandwich-struktur av en kjerne og to hylseflater for legemer med eventuelt flerdimensjonalt krummede hylseflater.

Lettbyggkonstruksjoner med flerdimensjonalt krummede hylseflater av fiberarmerte reaksjonsharpikser er kjent. Av slike veggelementer kan eksempelvis båtskrog være oppbygd og med eksempel av båtbygging, sees lett ulemper ved de tidligere materialer. En type av fremstilling oppbygges båtskrog av reaksjonsharpiks-impregnerte glassvevnader resp. matter i lamineringsfremgangsmåten av flere lag i en negativ form.

Den nødvendige veggtykkelse av laminatet betinges ved kon-struksjonens ønskede stivhet. Denne bygningsmåte er omstendelig fordi det til fremstillingen av den egentlige form må i første rekke fremstilles en positiv modell i full størrelse, hvorav det i en ytterligere arbeidsgang avtas den egentlige arbeidsform. Verktøyfremstillingen er tidskrivende og kostbar og berettiges derfor vanligvis ved etterfølgende serieproduksjon. For å øke økonomien ved små stykktall fore-slås i stedet for laminerformen å anvende en lett treunder-konstruksjon av lette formgivende maler. Et slikt malskjelett bordkles med glassvevnader som inneholder de reaksjonsharpiks-impregnerte og utherdede glassfiberstaver som bære-elementer og etter forspenning impregneres med reaksjonsharpiks. Etter herding av denne konturgivende bordkledning foregår en ytterligere laminatoppbygging på vanlig måte sjikt for sjikt med glassfibermatter og/eller -vevnader inntil det er oppnådd den ønskede veggtykkelse ("C flex").

Etter denne metode lar det seg riktignok fremstille legemer med flerdimensjonelt krummede flater, derimot ikke optimalt å utnytte fiberarmerte kunststoffer fasthetsegenskaper, da laminatveggtykkelsen og dermed legemets vekt ikke bestemmes av den nødvendige fasthet, men av legemets ønskede stivhet.

En høy formstivhet ved relativ lav samlet vekt lar seg realisere ved at man kombinerer måtelig tykke laminater med forstivende elementer som lengde- og tverrspant eller holmer. Typisk for slike byggemetoder er f.eks. båtlegemer av i negativformer fremstilte GFK-laminater, samt alle båtskrog av stål og aluminium.

En med hensyn til den bedre utnyttelse av materialegenskapene fordelaktigere metode for å komme til høyere formstivhet ved legemer som påkjennes på bøying, består i å påføre sjikt av strekk- og trykkfaste materialer på avstandholdte tilstrekkelig trykkfaste mellomsjikt, således at de ved den mekaniske påkjenning av det samlede tverrsnitt i overgangssonens ytter-sjikt/mellomsjikt opptredende skyvekrefter kan opptas. Slike Sandwich-strukturer er spesielt lette ved høy bøyestivhet,

og det er vanligvis ikke nødvendig med ekstra utstivende byggeelementer.

Det er kjent Sandwich-elementer av hardskum og dekksjikt av GFK-laminater, som så vel kan fremstilles i hylse- som også fyllebyggemåte. Mens ved hylsebyggemåtene på forhånd fremstilte skumdeler bordkles med laminatene, går man ved fylle-byggemåten vanligvis ut fra to ytrelaminatskåler som utskummes i en andre arbeidsprosess. I begge tilfeller kreves relativt omstendelig verktøy, således at denne teknikk bare er økono-mist ved relativt store stykktall, og dessuten bare tillater legemer av begrenset størrelse.

Fremstillingen av Sandwich-konstruksjoner uten anvendelse av formverktøy muliggjør "RFK"-byggemåten (RFK, varemerke og forkortelse for begrepet "Rør-fiber-kunststoff"). Ved denne fremgangsmåte påføres etter hverandre uten mellomrom på på tvers anordnede form- og konturgivere langsrettede hulprofiler av termoplastiske kunststoffer og belegges deretter på begge sider med kunstharpikslaminater.

Fordelen ved denne byggemåten ligger i at det er mulig romlegemer av betraktelig størrelse med merkbart nedsatt frem-stillingsarbeide. RFK-Sandwich-elementer er riktignok overlegne vektslike laminater med hensyn til bøyefasthet i realiserbare formlegemerstørrelser er imidlertid begrenset.

De formgivende rør yter praktisk talt intet bidrag til fast-heten, de har også bare en relativt lav trykkfasthet. Ved lokal begrenset, lengere eller vedvarende lastinnvirkning, spesielt ved høyere temperatur, kan det på grunn av kryping komme til varige deformeringer av Sandwich-strukturen. Problemer oppstår også ved dynamisk påkjenning, da det sterkt forskjellige forhold mellom kjerne- og dekksjikt fører til løsningsforeteeIser.

Oppfinnelsens oppgave er å tilveiebringe et material som muliggjør fremstillingen av ønskelig store selvbærende krummede vegger av høy belastbarhet og formstivhet uten omstendelig formverktøy.

Denne oppgave løses av et veggelement som erkarakterisertved at i kjernen er det tilstede hulprofiler med høy strekkfasthet, som ikke ligger tett mot hverandre, og det gjenblivende rom i kjernen rundt hulprofilene er utfylt med en trykkfast støpemase som støtter disse profiler. Hulprofilenes strekkfasthet skal ligge over 1.000 N/mm<2>referert til det bærende tverrsnitt, trykkfastheten av støpemassen utgjør minst 15 N/mm2 . Hulprofilene er i en foretrukket utførelsesform oppbygd av fibersammensatte materialer, fortrinnsvis med unirettet orienterte fibre, helt spesielt foretrukket av glass.

I en ytterligere foretrukket utførelsesform er hulprofilenes tverrsnitt sirkelformet.

Generelt er støpemassens trykkfasthet avstemt på hulprofilene. Støpemassens trykkfasthet skal minst være så høy som hul-prof ilenes tverrtrykkfasthet. Den til alle sider homogene støtting av hulprofilene er vesentlig for nytting av deres fasthets- og stivhetsegenskaper. Minsteavstanden av hulprofilene ligger med 1 mm. Fortrinnsvis skal avstanden mellom to hulprofiler ikke være større enn tre ganger dia-meteren av en hulprofil. Sidelaminatoverdekkingen ved runde hulprofiler skal minst utgjøre 3 mm.

Sandwich-strukturen ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved høy fasthet og stivhet ved spesielt lav spesifikk vekt. De lar seg imidlertid allikevel formes sterkt uten skader. De for-holder seg spesielt gunstig ved slagpåkjenning. En vesentlig fordel ved veggelementene ifølge oppfinnelsen med en Sandwich-struktur er at de formgivende hulprofiler i motsetning til de kjente Sandwich-støttekjerner som skum, celleform eller termoplastrør bidrar avgjørende til den samlede strukturs fasthet og stivhet.

Veggelementene med Sandwich-struktur er enkle å fremstille og fremstillbare uten omstendelig formverktøy, gir imidlertid mangfoldige utformingsmuligheter, da de fleksible, ustøpte rør godt kan tilpassen enhver romform. Det kan realiseres romlegemer, hvis størrelse ved sammenlignbar fasthet og stivhet hittil bare var mulig i metallbygging, men med høyere vekt. Dessuten har de nye Sandwich-veggelementer en betraktelig bedre varme- og lyddemperforhold enn tilsvarende metall-konstruksj oner.

Fremstillingen av gjenstander med veggelementene ifølge oppfinnelsen er eksempelvis omtalt for fremstilling av et båt-skall. Man frembringer den ønskede kontur med et enkelt malskjelett av tredeler, på hvis ytterside fastgjøres de fortrinnsvis runde fleksible hulprofiler. Avstanden mellom de enkelte hulprofiler bestemmes av den ønskede bærbarhet. Den ligger fortrinnsvis mellom 1/100 til tre ganger profil-diameteren. Etter utretting og fiksering av hulprofilene utfylles og uttrekkes mellomrommene rundt rørene fullstendig med en støpemasse, således at det oppstår glatte og homogene ytre flater. For innsparing av vekt er det fordelaktig å anvende en støpemasse som ved herding skummer lett. For at de mekaniske fasthetsverdier kan fullt utnyttes, må det passes på støpemassens minste trykkfasthet.

For fremstilling av veggelementene ifølge oppfinnelsen med Sanwich-strukturen egner det seg høyfaste, spesielt runde hulprofiler av fibersammensatte materialer som for tredimensjonal bygningsmåte til en viss grad skal være bøyelig. Foretrukket er glassfibersammensatte materialer med unirettet orientering av armeringsfibrene, slik de f.eks. er omtalt i DE-OS 2 735 538. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til denne profiltype.

De bærende hulprofiler kan også anvendes i kombinasjon med andre kjernematerialer som f.eks. balsatre- eller hardskum-stoffprofiler, hvilket kan føre til en ytterligere reduksjon av den samlede vekt og/eller en forbedring av økonomien.

Til utfylling av mellomrommene i mellom hulprofilene kommer det i betraktning alle sparkelbare reaksjonsharpiksmasser som har tilstrekkelig trykkfasthet og god klebing til hulprofilene og laminatsjiktene, fortrinnsvis skumbare sparkel-masser eller syntaktiske skum som er slipbare etter utherding.

Som dekksjikt kommer det på tale vevnader, matter eller lag av armeringsfibre, som impregneres med reaksjonsharpikser og deretter herdes på kjent måte. Antall, type og anordning av laminatsjiktene fastlegges tilsvarende de ønskede krav til strukturens fasthet og stivhet.

Oppfinnelsen beskrives i det følgende under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser tverrsnitt gjennom en plan rørsandwich-plate,

fig. 2 viser tverrsnitt gjennom en Sandwich-plate som i kjernen ved siden av hulprofiler inneholder mellom-stykker av balsamtre,

fig. 3 viser veggelement med to i vinkel på 90° anordnede

kjernelag av fibersammensatt materialrør,

fig. 4 viser veggelement forbundet med et befestigelses-element,

fig. 5 viser sammenligning av de mekaniske egenskaper av et

veggelement ifølge oppfinnelsen med en metallisk plate.

Fig. 1 viser den typiske oppbygging av et plant veggelement. Rør av et glassfibersammensatt material med unirettede fiber-orientering 1 er innleiret homogent i den trykkfaste lette sparkelmasse 2. Minsteavstanden av to hulprofiler utgjør 2 mm. De bærende dekksjikt er utført symmetrisk på begge sider. De består av et fleresjikts laminat, av et lag unirettet vevnad 3, to lag glassfibermatter 4 samt et beskytt-elseslakksjikt 5.

Hulprofilene av unirettet orienterte glassfiberstrenger og umettet polyesterharpiks (isoftalsyrebasis) med en ytre diameter på 16 mm og en veggtykkelse på 1 mm (glassfiberdel 80 vekt-%) fikseres i første rekke på en treramme. Deretter utfylles mellomrommene mellom rørene med en sparkel av polyesterharpiks- ( isof talsyre ) -basis , som for redusering av den spesifikke vekt inneholder 50 vekt-% microhulperler av fenol-harpiks (microballoons) samt 2,5% benzoylperoksyd og 0,8% 10%-ig dietylanilinoppløsning som herdesystem og avtrekkes. Gjenblivende mindre ujevnheter av overflaten avslipes etter sparkelmassens herding. På den således dannede glatte ytre flate pålamineres på begge sider i neste trinn en unirettet vevnad (fiberretning loddrett til rørenes orientering) 'type 92253 (fremstiller: Interglas) med en flatevekt på

490 g/m<2>og endelig respektivt to lag av glassmatter M 113-10 av hver 300 g/m<2>(fremstiller: Gevetex) under anvendelse av den til sparkelen tilgrunnliggende polyesterharpiks .

Vekten av en ferdig Sandwich-plate utgjør 15,8 kg/m<2>, den samlede tykkelse 20 mm.

For fastslåelse av bærbarheten utskjæres av platene prøve-legemer 800 x 20 mm så vel i som også loddrett til orientering av fibrene av unirettetsjiktet og prøvet i trepunkt-bøye-forsøk.

Prøveresultater:

a) Prøveretning parallelt til orientering<1>av unirettetsjikt b) Prøving :loddrett til orientering av unirettetsjikt

På fig. 2 er det vist tverrsnitt av en Sandwich-struktur,

hvori kjernelaget består avvekslende anordnet av glassfibersammensatte materialrør 1 og balsetreprofiler 6. Den øvre oppbygging tilsvarer fig. 1.

Fig. 3 viser en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen bestående av to lag glassfibersammensatt materialrør 1 og la, som er anordnet i vinkel på 90° til hverandre. Rørene er forbundet ved hjelp av harpiksimpregnerte og herdede glassfiberstrenger 8 med hverandre. Dekksjiktene er oppbygd av to lag av en høyfast unirettetvevnad 3 og 7 og utstyrt med et beskyttende dekorativt lakksjikt 5.

På fig. 4 er det vist hvorledes befestigelseselementer 9 kan medinnbygges ved fremstillingen av veggelementene ifølge oppfinnelsen. Oppbyggingen av Sandwichen tilsvarer fig. 1.

På. fig. 5 er det sammenlignet mekaniske karakteristiska avs:: byggeelementene ifølge oppfinnelsen med et kjent metallisk material. På ordinatene er det angitt bøyekraften i kN, på absissen gjennombøyingen i cm. Pålegningsavstanden utgjorde 600 mm. Dé kortere kurver 11 til 16 ble målt på en aluminium- legering AlMgMnF26, platetykkelse øker fra 11 til 16 fra 7 mm respektivt rundt 1 mm til 12 mm. Kurvene 17 og 18 karakteriserer egenskapene av den ovenfor omtalte plate. Derved ble 17 belastet i tverretning og 18 i lengderetning av unirettetvevnad 3.

Claims (5)

1. Veggelement med en Sandwich-struktur omfattende en kjerne og to hylseflater for legemer med eventuelt flerdimensjonalt krummede hylseflater, karakterisert ved at i kjernen er det tilstede hulprofiler (1) med høy strekkfasthet som ikke ligger tett mot hverandre og det gjenblivende rom i kjernen rundt hulprofilene (1) er utfylt med en trykkfast støpemasse som støtter disse profiler.

2. Element ifølge krav 1, karakterisert ved at strekkfastheten av hulprofilene minst utgjør 1.000 N/mm <2> referert til det bærende tverrsnitt.

3. Element ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at støpemassens trykkfasthet minst utgjør 15 N/mm2 .

4. Element ifølge krav 1-3, karakterisert ved at hulprofilene er oppbygd av fibersammensatte materialer, fortrinnsvis med unirettet orienterte fibre, helt spesielt foretrukket av glass.

5. Element ifølge krav 1-4, karakterisert ved at hulprofilenes tverrsnitt er sirkelformet.