DE102008036241B4

DE102008036241B4 - Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Stabes und Stab

Info

Publication number: DE102008036241B4
Application number: DE102008036241.7A
Authority: DE
Inventors: Dieter Jungert; Sebastiaan Wijskamp; Gerard Nijman; Karl-Heinrich Lätzsch
Original assignee: Latzsch Kunststoffverarbeitung Igz Goldener Born GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG; Vredestein Banden BV
Current assignee: Laetzsch Kunststoffverarbeitung Igz Golde De GmbH; Vredestein Banden Bv Enschede Nl; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2028-08-03
Also published as: US8187516B2; DE102008036241A1; US20100028673A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Stabes, umfassend die Schritte: – Tränken von Fasern (1) mit Harz (2), – Einbringen der getränkten Fasern in einen flexiblen Kunststoffschlauch (3), – Zuführen des flexiblen Kunststoffschlauches zu einer gewünschten, gebogenen Form und Vernetzen des Harzes mit den Fasern, womit sich nach dem Vernetzen der wie gewünscht gebogene Stab ergibt, wobei der flexible Kunststoffschlauch nach dem Vernetzen in seiner Position verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den flexiblen Kunststoffschlauch PTFE verwendet wird, das einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten von kleiner als 0,1 und insbesondere von kleiner als 0,05 Gleitreibung über Edelstahl in trockenem Zustand aufweist, so dass der flexible Kunststoffschlauch als Gleitmittel am gebogenen Stab wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Stabes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen durch dieses Verfahren hergestellten gebogenen Stab.
Es ist bekannt, faserverstärkte Stäbe zur Aussteifung von flexiblen Konstruktionen zu verwenden. Derartige Stäbe werden dadurch hergestellt, dass Fasern, beispielsweise Glasfasern, mit Harz, beispielsweise Polyesterharz, getränkt werden. Nach dem Aushärten, d.h. nachdem die Fasern mit dem Harz vernetzt wurden, ergibt sich ein leichter und dennoch stabiler Stab. Derartige Stäbe sind zumeist gerade ausgeführt. Wenn ein derartiger gerader Stab so eingesetzt bzw. in einer Konstruktion verwendet wird, in welcher der Stab ständig gekrümmt gehalten wird, treten Spannungen auf und die Lager zum Halten des geraden Stabes in seiner gekrümmten Lage können ermüden. Deshalb wurde bereits vorgeschlagen, einen geraden Stab stellenweise anzuschleifen um so die Form einer gewünschten Biegung zu beeinflussen. Eine derartige Einschnürung verhindert zwar die Ermüdung der Lager, erfordert jedoch einen hohen nachträglichen Bearbeitungsaufwand und schwächt die Fasern des Stabes.
Aus der US 5 470 517 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Stabes bekannt, bei dem die Aushärtung, d.h. die Vernetzung des Harzes mit den Fasern, in einer wie gewünscht gebogenen Form vorgesehen ist. Damit ergibt sich ein gebogener Stab, bei dem die Fasern nicht durch ein nachträgliches Einschnüren geschwächt sind und der dennoch keine Ermüdungserscheinungen an seinen Lagern hervorruft.
Der Stab stellt bereits für verschiedene Anwendungsbereiche eine brauchbare Lösung dar. Jedoch weist er in bestimmten Fällen weiterhin Nachteile auf. Insbesondere beim Einsatz des gattungsgemäßen Stabes in Umgebungen, in denen ständig eine Relativbewegung zwischen dem Stab und einer durch den Stab ausgesteiften Konstruktion stattfindet, ergeben sich Reibungsprobleme zwischen dem harten Stab und dem ihn umgebenden flexiblen Material, beispielsweise Gummi. Beispielhaft für eine solche Umgebung sei die Aussteifung einer flexiblen Luftleiteinrichtung eines Kraftfahrzeuges genannt, die abhängig von der Fahrsituation des Kraftfahrzeuges formveränderlich vorgesehen ist, und zusätzlich den ständigen Bewegungen des Kraftfahrzeuges ausgesetzt ist. Um an solche harten Einsatzbedingungen angepasste gebogene Stäbe zu erlangen, wurde bereits vorgeschlagen, den Stab mit einer Antihaftbeschichtung zu versehen oder eine Edelstahlspirale um ihn herum zu winden. Da jedoch die Antihaftbeschichtung unter den harten Einsatzbedingungen abplatzt und die Edelstahlspirale eine relativ aufwendige Lösung darstellt, besteht hier Verbesserungsbedarf.
Aus der DE 44 18 809 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen, verformbaren Leichtbauelementes in Form eines Kunststoffschlauches bekannt, bei welchem mit aushärtbarem Harz getränkte Fasern in einem Hüllmantel aus Kunststoff eingezogen werden. Der Schlauch wird in die gewünschte Form gebracht und härtet in dieser aus.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den gattungsgemäßen Stab im Hinblick auf die genannten Probleme zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen gebogenen Stab mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Material für den flexiblen Kunststoffschlauch PTFE ist, einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten als ein Wert von kleiner als 0,1 und insbesondere von kleiner als 0,05 Gleitreibung über Edelstahl in trockenem Zustand aufweist, und der flexible Kunststoffschlauch nach dem Vernetzen in seiner Position verbleibt, zur Wirkung als Gleitmittel am gebogenen Stab. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass der zur Herstellung des gebogenen Stabes verwendete flexible Kunststoffschlauch als Gleitmittel nutzbar gemacht werden kann. Hierfür muss der Kunststoffschlauch speziell ausgebildet sein, um zum Einen die Vernetzung zwischen dem Harz und den Fasern weiterhin zu ermöglichen (Pultrusion), andererseits aber im ausgehärteten Zustand eine entsprechende Gleitreibung bereitzustellen. Anders ausgedrückt hat der flexible Kunststoffschlauch eine Doppelfunktion, indem er neben der Bereitstellung einer Form für die Pultrusion zusätzlich nach Fertigstellung des gebogenen Stabes nicht entfernt wird sondern in seiner Position verbleibt und als Gleitmittel fungiert. Der Einsatz eines derart speziell konfigurierten flexiblen Kunststoffschlauches erfordert keine weiteren Änderungen im Pultrusionsprozess, erspart jedoch die umfangreiche Nachbearbeitung des harten Stabes zur Bereitstellung eines Gleitmittels. Vielmehr stellt die Form selbst, in welcher der gebogene Stab hergestellt bzw. ausgehärtet wird – nämlich der speziell konfigurierte flexible Kunststoffschlauch – bereits das Gleitmittel dar. Somit ergibt sich eine kostengünstige Doppelnutzung des flexiblen Kunststoffschlauches bei der Herstellung des wie gewünscht gebogenen, runden oder eckigen Stabes.
Als Material für den flexiblen Kunststoffschlauch wird hierzu PTFE vorgesehen. Durch dieses wird ein gebogener Stab bereitgestellt, der eine Oberfläche mit einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten bereitgestellt. Bei der Auswahl des Materials für den flexiblen Kunststoffschlauch ist dabei die Art der Vernetzung zwischen dem Harz und den Fasern zu beachten. Bei einer Vernetzung mittels Licht, beispielsweise UV-Licht, muss der flexible Kunststoffschlauch lichtdurchlässig sein. Falls bei der Herstellung des gebogenen Stabes eine Vernetzung mittels Licht erfolgen soll, muss der flexible Kunststoffschlauch also aus lichtdurchlässigem Material, hier aus PTFE, vorgesehen sein. Mit Vorteil wird vorgeschlagen, die Fasern als Glasfasern und das Harz als Polyesterharz vorzusehen. Es ergibt sich die bewährte Konstruktion eines faserverstärkten Duroplastes. Natürlich sind auch andere Fasern, z.B. Aramid- oder Kohlenstofffasern, und/oder andere Harze, z.B. Epoxydharz, möglich. So wäre beispielsweise auch ein faserverstärkter thermoplastischer gebogener Stab darstellbar.
Als Herstellungsverfahren sind sowohl kontinuierliche als auch diskontinuierliche Verfahren geeignet. Bei kontinuierlichen Verfahren erfolgt die Ablängung nach erfolgter Pultrusion, d.h. nach der Vernetzung des Harzes mit den Fasern. Hierbei wird dann der fertig ausgehärtete Stab, also das mit den Fasern vernetzte Harz samt dem umgebenden flexiblen Kunststoffschlauch, auf eine gewünschte Länge abgetrennt, beispielsweise gesägt. Bei diskontinuierlichen Verfahren wird der flexible Kunststoffschlauch bereits näherungsweise in der gewünschten Länge des gebogenen Stabes bereitgestellt und mit entsprechenden Fasern sowie Harz gefüllt. Der flexible Kunststoffschlauch, gefüllt mit den mit Harz getränkten Fasern, wird sodann in eine Schablone mit der gewünschten Kontur des gebogenen Stabes eingelegt. Nach dem Aushärten wird der fertige, wie gewünscht gebogene Stab aus der Kontur entnommen. In beiden Fällen verbleibt der flexible Kunststoffschlauch auf dem wie gewünscht gebogenen Stab, zur Wirkung als Gleitmittel.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Herstellung des gebogenen Stabes durch Pulforming vorgesehen. Pulforming stellt eine Mischung aus Pultrusion und Formpressen dar, bei dem die Fasern und das Harz samt dem flexiblen Kunststoffschlauch in ein Werkzeug eingelegt werden. Die Vernetzung bzw. Aushärtung erfolgt dann im Werkzeug, das zusätzlich mit Druck beaufschlagt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass zur Aussteifung flexibler Konstruktionen, wie z.B. einer flexiblen Luftleiteinrichtung eines Kraftfahrzeuges, Stäbe mit einem Durchmesser von ca. zwei bis sieben Millimetern und bevorzugt fünf Millimetern – jeweils ohne den flexiblen Kunststoffschlauch – ausreichend dimensioniert sind. Als Stärke des flexiblen Kunststoffschlauches hat sich ein Wert von einem Millimeter bewährt. Diese Werte gelten insbesondere bei gebogenen Stäben mit einer Länge von etwa zwei Metern.
Da der gebogene Stab in der auszusteifenden Konstruktion beweglich vorgesehen ist, weist er vorzugsweise einen über seine Länge gleichen Durchmesser bzw. gleiche Kantenstruktur auf. Damit ergibt sich eine besonders einfache Führung in der auszusteifenden, flexiblen Konstruktion. Zudem sind Vorkehrungen zur exakten Positionsbestimmung des gebogenen Stabes zu treffen. Dies wird in einfacher Weise dadurch ermöglicht, dass an wenigstens einem Endbereich des gebogenen Stabes ein Magnet vorgesehen ist. Dieser Magnet wird bevorzugt in ein Spritzgussteil eingebettet, welches mit dem gebogenen Stab verschraubt bzw. verklebt wird. Durch einen Positionssensor in der auszusteifenden, flexiblen Konstruktion ist dann vermittels einer Positionserfassung des Magneten eine exakte Bestimmung der Lage des gebogenen Stabes möglich.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Stabes in zwei Schritten.
Gemäß des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist in einem ersten, im oberen Teil der Fig. dargstellten Schritt vorgesehen, Glasfasern 1 mit Polyesterharz 2 zu tränken. Hierzu werden die Glasfasern 1 durch ein entsprechendes Bad gezogen, in dem sich das Polyesterharz 2 befindet. Dadurch wird die Oberfläche der Glasfasern mit dem Polyesterharz 2 benetzt. Die so benetzten Glasfasern 1 werden nun in eine Form, einen flexiblen Kunststoffschlauch 3, gezogen. Der flexible Kunststoffschlauch 3 weist dabei bereits in etwa die Länge des wie gewünscht gebogenen Stabes auf. Der flexible Kunststoffschlauch 3 ist aus PTFE (Polytetrafluorethylen) gefertigt. Damit weist er einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf und ist zudem lichtdurchlässig.
Der flexible Kunststoffschlauch 3 wird nun in einem zweiten, im unteren Teil der Fig. dargstellten Schritt mitsamt den enthaltenen, harzbenetzten Glasfasern 1 in einer Schablone abgelegt. Die Schablone weist dabei die gewünschte Kontur des gebogenen Stabes auf. Das im flexiblen Kunststoffschlauch 3 aus PTFE befindliche Polyesterharz 2 wird nun vermittels ultravioletten Lichtes mit den Glasfasern 1 vernetzt. Da der flexible Kunststoffschlauch 3, durch das Ablegen in der Schablone, bereits die gewünschte, gebogene Kontur aufweist, erfolgt die Vernetzung also bereits in dieser gewünschten Kontur. Damit weist auch der fertige Stab nach dem Abschluss der Vernetzung die wie gewünscht gebogene Kontur auf. Nach erfolgter Vernetzung (Pultrusion), die beispielsweise durch eine entsprechende Zeitspanne bestimmt ist, wird das ultraviolette Licht ausgeschaltet bzw. der Stab aus der Kontur entnommen. Es ergibt sich ein wie gewünscht gebogener Stab, bei dem die Form, d.h. der flexible Kunststoffschlauch, in seiner Position verbleibt. Da dieser flexible Kunststoffschlauch aus PTFE gefertigt ist, ergibt sich durch dessen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten ein wie gewünscht gebogener Stab, der in einer auszusteifenden flexiblen Konstruktion, beispielsweise aus Gummi, leicht verschiebbar anordenbar ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gebogenen Stabes, umfassend die Schritte: – Tränken von Fasern (1) mit Harz (2), – Einbringen der getränkten Fasern in einen flexiblen Kunststoffschlauch (3), – Zuführen des flexiblen Kunststoffschlauches zu einer gewünschten, gebogenen Form und Vernetzen des Harzes mit den Fasern, womit sich nach dem Vernetzen der wie gewünscht gebogene Stab ergibt, wobei der flexible Kunststoffschlauch nach dem Vernetzen in seiner Position verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für den flexiblen Kunststoffschlauch PTFE verwendet wird, das einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten von kleiner als 0,1 und insbesondere von kleiner als 0,05 Gleitreibung über Edelstahl in trockenem Zustand aufweist, so dass der flexible Kunststoffschlauch als Gleitmittel am gebogenen Stab wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine peroxidische Vernetzung oder eine Vernetzung mit Licht, insbesondere mit UV-Licht, oder eine Vernetzung vermittels Wärme vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Fasern Glasfasern und als Harz ein Polyesterharz vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stab einen Durchmesser zwischen zwei und sieben Millimetern, und insbesondere von etwa drei bis fünf Millimetern, jeweils ohne den flexiblen Kunststoffschlauch, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gebogene Stab im Pulformingverfahren hergestellt ist.
Gebogener Stab, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem flexiblen Kunststoffschlauch aus PTFE, in dem mit Harz getränkte Fasern eingebracht sind, wobei der Kunststoffschlauch einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten von kleiner als 0,1 und insbesondere von kleiner als 0,05 Gleitreibung über Edelstahl in trockenem Zustand aufweist.
Gebogener Stab nach Anspruch 6, aufweisend eine Länge von ca. 2 m, zur Aussteifung einer flexiblen Luftleiteinrichtung eines Kraftfahrzeuges.
Gebogener Stab nach Anspruch 6 oder 7, wobei an wenigstens einem Endbereich des Stabes ein Magnet vorgesehen ist, zur Bestimmung der Position des Stabes.