Hohlkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlkörper insbesondere für Wasserfahrzeuge, wie Boote, Schiffe, Amphibienfahrzeuge und dergleichen, welcher mindestens teilweise aus mit Glasfasern armiertem Kunststoff, insbesondere Polyesterharz, besteht und aus mehreren Schichten aufgebaut ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Hohlkörper.
Boots- und Schiffkörper aus glasfaserarmiertem Polyesterherz sind sowohl in einschichtiger als auch in mehrschichtiger Bauweise bekannt. Sie werden in der Regel auf Negativ- oder Positivformen hergestellt, wobei diese Formen recht kostspielig sind und deshalb vor allem die Herstellung grosser Wasserfahrzeuge mit erheblichen Kosten belasten.
Nun werden aber gerade grössere Wasserfahrzeuge in relativ kleiner Serie oder sogar als Einzelstücke angefertigt, was die Herstellung aus glasfaserarmiertem Polyesterharz praktisch verunmöglichte.
Ferner haben praktisch alle Hohlkörper für Wasserfahrzeuge den Nachteil, dass auf ihrer Innenseite Spanten oder sonstige Versteifungsmittel, wie Hohlkörper, erforderlich sind, um dem Körper als Ganzes genügend Festigkeit und Steifheit zu verleihen. Diese Spanten und andere Mittel haben den Nachteil, dass sie die Aufteilung des Innenraumes präjudizieren, oder zumindest die Löschung der Ladung, z. B. Schüttgüter, Fische und dergleichen erschweren und die Reinigung des Schiffsrumpfes im Inneren ausserordentlich schwierig macht.
Die gleichen Probleme trifft man bei anderen Hohlkörpern, z.B. Silos, Tanks und dergleichen an, bei welchen die Spanten oder Versteifungsrippen auf der Aussenseite angebracht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden, und sie betrifft deshalb einen Hohlkörper, insbesondere für Wasserfahrzeuge, welcher mindestens teilweise aus mit Glasfasern armiertem Kunststoff besteht und aus mehreren Schichten aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass er zwischen zwei aus glasfaserarmiertem Kunststoff bestehenden, die Aussen bzw. Innenhaut des Hohlkörpers bildenden Schichten, längs des Hohlkörpers in dessen Wandungen verlaufende Spanten aufweist, wobei diese Längsspanten durch quer zu ihnen verlaufende und sich zwischen den Längsspanten gewebeartig kreuzende Verspannungen verbunden sind.
Sie betrifft ausserdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Montagefläche dem Innenquerschnitt des Hohlkörpers entsprechende Modellschablonen, z.B. im Bootsbaumallen, in Abständen aufgestellt und auf diesen Längsspanten provisorisch befestigt werden, worauf die Längsspanten durch sich gewebeartig kreuzenden Verspannungen verbunden werden und sowohl auf der Innen als auch auf der Aussenseite des Längsspantengerippes aus glasfaserarmiertem Kunststoff die Innen- bzw.
Aussenhaut des Hohlkörpers gebildet wird.
Für den Bau von Bootshohlkörpern wird man die Mallen zweckmässig kieloben anordnen.
Als Kunststoff für die Ausübung der Erfindung kommt jeder Kunststoff in Frage, der sich für das sogenannte Laminieren eignet, insbesondere Polyester und Polyepoxyde. Über die diesbezüglichen Techniken braucht nichts Näheres gesagt zu werden.
Für die genannten Verspannungen wird man zweckmässig Glasfasergewebe mit Kunststoff, d.h. z.B. mit Glasfaserbändern armierten Kunststoff verwenden. Dabei kann so vorgegangen werden, dass man ein Glasfaserband entsprechender Länge mit einem Polyestervorkondensat tränkt, wie eine Bandage aufwickelt und nun (z.B. bei Booten vom Kiel her) abwechslungsweise über und unter den einzelnen Längsspanten hindurchführt und das an seinem einen Ende befestigte Glasfaserband schliesslich an seinem anderen Ende mit einem entsprechenden Gewicht belastet, um es gespannt zu halten.
In der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird man nun eine z.B. aus Glasfasern und Polyester vorgefertigte ausgehärtete dünne Platte mit etwa der Breite des Streifens des Verspannungsbandes aussen über die Spanten legen und gegebenenfalls innen das Gleiche tun und zwecks provisorischer Fixierung beispielswelse mit Schraubzwingen festhalten, bis das Harz des Verspannungsbandes gehärtet ist und somit eine Verbindung zwischen Spanten, Verspannungsband und dünner Platte hergestellt ist. Damit auch an jenen Stellen, wo bei jeder zweiten Längsspante das Verspannungsband auf der der äusseren bzw. inneren Platte abgewandten Seite verläuft, eine Verbindung zwischen Längsspant und dünner Platte hergestellt wird, kann man die entsprechenden Spantenstellen ebenfalls mit z.B. Polyestervorkondensat bestreichen.
Bereits durch die auf den Modellschablonen, z.B.
Mallen, befindlichen Spanten ist ein Skelett der Hohlkörperform geschaffen worden, welches nun durch die Verspannung und die aufgelegten Platten eine provisorische Innen- und Aussenhaut erreicht hat, auf welcher nun durch Laminieren die entsprechenden Schichtdicken aufgetragen werden können. Während man bei Booten die Aussenhaut mit nach kieloben auf den Mallen befindlicher Lage fertigstellen kann, wird man zur Laminierung der Innenhaut den Hohlkörper umkehren und nach Entfernung der Mallen innen laminieren. Man erhält dargestellt einen keine ausserhalb der Wandungen befindliche Spanten aufweisenden Hohlkörper, was die Beseitigung der bekannnten Nachteile der bisherigen Hohlkörper mit sich bringt.
Gleichzeitig erzielt man durch das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, ohne eine Form auszukommen, was wiederum für den Hohlkörper den Vorteil der Kostensparung in sich birgt.
Selbstverständlich muss man nicht in der beispielsweise beschriebenen Weise jedesmal über jedes Verspannungsband gleich eine dünne Platte aufbringen, sondern kann dies gesamthaft nach endgültig vollzogener Verspannung machen, was aber den Nachteil hat, dass dann die Verspannungen einerseits nachgeharzt werden müssten, um die Platten an ihnen zu befestigen, und andererseits dass die Verspannungen die provisorische Fixierung der Platten durch Schraubzwingen oder andere durch die Wandung hindurchgreifende Mittel erschweren, wenn nicht verunmöglichen. weshalb dann die Platten z.B. durch später wieder zu entfernende Nägel an die Spanten gedrückt werden müssten.
Zweck der Platten ist es, die lediglich durch die Spanten sozusagen punktweise gegebene Kurve der Hohlkörperwand in eine effektive Fläche umzuwandeln, so dass dadurch eine nur an den gewünschten Stellen gegebenenfalls geknickte im übrigen aber gerundete Fläche provisorisch hergestellt wird, die dem darauf aufgelegten Laminat als richtunggebende Stütze dient.
Man kann aber nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer anderen Ausführungsform auf diese Platten verzichten und direkt auf die Spanten laminieren, wobei man aber von Spante zu Spante gerade Flächen erhält, welche an den Spanten kantig aneinanderstossen. Natürlich können diese Kanten durch entsprechende Formgebung der Spanten gerundet sein. Es kann aber in einem solchen Fall auch passieren, dass die zwischen den Spanten befindlichen Flächen einsacken, so dass man dann konkave Flächenstücke zwischen den Spanten bekommt.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich ganz besonders auch für sogenannte Rundspantboote, deren Wandungen an den meisten Stellen dreidimensional gewölbt sind, also in allen Richtungen gekrümmt sind. Es kann mit gleichem Erfolg auch für Knickspanter Verwendung finden.
Die Dimensionen der Teile eines erfindungsgemässen Hohlkörpers, d.h. die Dicke der einzelnen Schichten, die Dimensionen der Verspannungen, der Abstand und die Querschnittmasse der Längsspanten sowie deren Material richten sich in erster Linie nach Verwendungszweck und Grösse des Hohlkörpers und sollen in der Regel so bemessen werden, dass z.B. eine Bootsschale nach ihrer Fertigstellung ohne Hilfsmittel genügende Steifheit für den Gebrauch aufweist.
Die Festigkeit erfindungsgemässer Hohlkörper liegt in der durch das Zusammenwirken von Längsspanten Verspannungen und Innen- bzw. Aussenhäuten begründeten brückenartigen Konstruktion.
Bei besonders grossen Objekten oder Objekten mit besonders komplizierter Form können auch vorerst einzelne Teile des Hohlkörpers nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt und dann nach bekannten Techniken zusammengefügt werden, doch wird man es vorziehen, den ganzen Hohlkörper möglichst einstückig auszuführen.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise für ein Rundspantboot (in querspantenloser Bauweise) erläutert werden, wobei die Figuren stark schematisiert sind.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Bootgerippe vor dessen Beplankung.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Gerippes gemäss Fig. 1, beschränkt auf die Höhe von drei Längsspanten,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Wandung bzw.
Schale eines Fragmentes eines erfindungsgemässen Hohlkörpers und
Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung von drei mit Verspannungen gewebeartig umschlungenen Längsspanten.
Bei der Herstellung eines Bootskörpers nach der Erfindung wird man vorerst Mallen 1 (sogenannte Hilfsspanten, welche nur als Hilfsgerüst dienen, nicht aber im Bootskörper verbleiben) auf der Helling (nicht gezeigt) kieloben aufstellen und nach Plan anordnen.
Auf die Mallen 1 werden schmale Platten aus einem dünnen biegsamen Material, z.B. Pressstoff oder mit Glasfasern armierter Polyester, aufgelegt und proviso risch befestigt. Diese dünnen Platten sind in den Figuren mit 2 bezeichnet.
Nun wird in Längsrichtung über die Mallen auf die Mallen 1 auf die Platten 2 ein Längsspant nach dem anderen aufgelegt und ebenfulls provisorisch fixiert, wobei zwischen Längsspanten 3 und Platten 2 auch eine definitive Verbindung, z.B. durch Kleben, erfolgen kann.
Auf diese Weise ist die Form der Bootsschale vorgegeben, so dass durch Auflegen der Aussenhaut und der
Innenhaut auf die Spanten 3 unter vorhergehender oder gleichzeitiger Verspannung derselben mittles gewebeartig sich kreuzender Verspannungen 4 das Boot fertiggestellt werden kann, worauf die Mallen entfernt werden und die fertige Bootsschale dem Ausbau zugeführt werden könnte.
Vorzugsweise verfährt man dabei so, dass Gewebe streifen aus Glasfasern mit Polyesterharz getränkt zick zackartig durch die Längsspanten geflochten werden und noch vor dem Aushärten des Polyesters vorgefertigte ausgehärtete Platten aus Glasfaser-Polyester auf beiden Seiten quer zu den Längsspanten aufgebracht und an diesen, z.B. durch Schraubzwingen, provisorisch befestigt werden. Härtet nun das Polyesterharz der soeben genannten Bänder 4 aus, so erhält man die in Fig. 3 aus den Teilen 2, 3 und 4 aufgebaute Rohschale. Diese kann nach Fertigstellung mit weiteren Glasfaser-Polyester auflaminiert werden, wodurch man die in Fig. 3 gezeigten Schichten 5 und 6 als Aussen- bzw. Innenhaut erhält. Der nun aus den Teilen 2 bis 6 bestehende Bootskörper kann noch einer Oberflächenveredlung, z.B. Schleifen, Spachteln, Lackieren, unterworfen werden.
Zweckmässig wird man bei der genannten Fertigbauweise die Platten 2 ausserhalb des Bereichs der Mallen 1 jeweils nur über ein bis zwei Verspannungsbänder 4 auftragen, da dies die leichte Befestigung mittels Schraubzwingen erleichtert. Durch Arbeiten an mehreren Stellen des Bootskörpers kann die Wartezeit beim Aushärtenlassen des Harzes der Bänder 4 überbrückt werden.
Man kann aber auch so vorgehen, dass man auf die Platten 2 ganz oder wenigstens ausserhalb des Bereichs der Mallen 1 verzichtet u. direkt auf den Längsspanten 3 die beiden Häute 5 und 6 ausbildet, wobei man eine leicht eckige Form erhält, welche vor allem bei grösseren Booten kaum stören dürfte, und welche nötigenfalls durch entsprechenden Auftrag und Verschleifen zusätzlichen Materials gerundet werden kann.
In jedem Falle erhält man einen Hohlkörper nach der Erfindung, welcher Längsspanten aufweist, die durch sich gewebeartig kreuzende Verspannungen und äussere Häute verbunden sind.
Der zwischen den Spanten verbleibende Hohlraum kann stirnseitig abgedichtet werden, wodurch in der Regel die Bootsschale unsinkbar wird. Auch eine Ausschäumung kann diesem Zwecke sowie der Steigerung der ohnehin hervorragenden Isoliereigenschaften dienlich sein.
In den Figuren sind die Längsspanten 3 aus Holz gefertigt dargestellt, da dieses Material hinsichtlich der Biegsamkeit bei ausreichender Steifheit und hinsichtlich der provisorischen Befestigung an den Mallen 1, z.B. durch Nägel, besonders geeignet und erst noch preiswert ist. Die Wahl des Holzes kann im wesentlichen von den erforderlichen Festigkeitseigenschaften abhängig sein.
Die Längsspanten 3 können aber auch aus irgendeinem anderen Material gefertigt sein, beispielsweise armierter Kunststoff, Metall oder Pressstoffe verschiedenster Art.
Zweckmässigerweise sollte das Spantenmaterial mit dem aushärtenden Harz der Verspannungsbänder 4 eine gute Bindung eingehen.
Neben den bereits genannten Vorteilen der Erfindung lässt sich anhand des Beispiels auch noch besonders deutlich der Vorteil der Fertigung einer praktisch metallfreien Bootsschale demonstrieren, was z.B. bei Minensuchbooten besonders nützlich sein kann. Zu diesem Zweck wird man Nägel, welche zur provisorischen Befestigung der Platten 2 und Spanten 3 an Mallen 1 Verwendung finden können, möglichst ohne Kopf ausbilden, so dass sie am Schluss bei der Entfernung der Mallen 1 nach innen aus dem Bootskörper gerissen werden können. Kopflose Schraubnägel vermögen beispielsweise diesen Anforderungen zu genügen.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind für den Fachmann so naheliegend, dass auf ihre Wiedergabe verzichtet werden kann.