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Armierter Kunststeffgegens tand und Verfahren zur Herstellung desselben
Die erfindung betrifft verstärkte bzw. ar. mierte Kunststoffgegenstände und Verfahren
zur Herstellung derseluen. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf die Einlagerung
vorgespalmter Armierungsgelieder in Kunststoffgenstäde, beispielsweise Schleifscheiben,
zwecks Erhöhung ihrer Festigkeit, so d sie zwecKs Verbesserung des Wirkungsgerads
beim Schleifen mit höheren Drehzahlen betrieben werden en.
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Bekenntlich erhöht sich bei Schleifscheiben der Wirkungsgrad proportional
zur Schliefschieben-Öbeflächengeschwindigkeit, so daß es wichtig ist, eine Schleifscheibe
zwecks Gerwährleistund maximaler Wirksamkeit mit hoher Drehzahl zu betreiben.
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Die maximale Drehzahl wird Jedoch durch die Festigkeit der SchleifscheiDe
begrenzt, da sich die Fliehkräfte, denen die Schleifscheibe widerstehen muß, damit
sie nicht bricht, bei zunehmender Drehzahl sehr schnell erhöhen.
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Obgleich bereits Verscuche unternommen wurden, Schleifscheiben durch
Einlagerung von Gewebe- Armierungskonstruktionen
zu vers tärtken,
wie beispielsweise in der USA-Pa@@@@tschrift 3 141 271 beschrieben ist, erlauben
diese Konstraksionen, wenn überhaupt, nur unwesentliche Ehröhungen d£r Sc@@@eifseneibendreazanl
; vielmehr besteht ihre aufgabe in dem Aöchst wünschenswerten Sieherneitsmerkmal,
die Schleifscheibenteile im Fall eines teilweisen Bruchs und beim Auftraten von
Rissen zusammenzunalten, damit die Scneibe nicht ausseinanderer leht urici ihre
Teile unter mäglicher schwerer Verletzag von Personen weggeschleudert werden.
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Die Erfindung beschäftigt sich daher in erster Linie ist der Aufgabe,
Gegenständes wie Schleifscheiben, derart zu verstärken bzw. armieren und hierduch
ihre Festigkeit zu erk@@@en. daß die Schleifscheibenderanzhl ohne Außerachltassung
der Sckerneitsfaktoren oder anderer Erwägungen wesentlich erhöht werden kann.
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Erfindungsgemäß hat es sich herausgestellt, daß die Festigkeit von
zumindest teilweise aus organischem Kunststoff bestehenden Gegenständen, wie Schleifscheiben,
in erstaunlichem Ausmaß erhöht werden kann, wenn in die Gegenstande materialeinheitliche
Armierungsmittel eingelagert werden, deren Fasen dauerhaft in vorgespanntem Zustand
gehalten werden.
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Erfindungsemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das
sich dadurch kennzeichnet, daß ein zumindest teilweise
aus ver@@@@@@@@
u@@@@@@@@iebigem organischen Kunststiff bestenen@@@@@ @@@@@@@@d durch ein Faser-Armieraugsgleied
mit gegenüber deg. Gegenstand vernälthismäßig hohem Dimensionsänderu@gsrkeffi @3enten
verstärkt weird und das Amierungsglied nach Ausndri@en des @@@@@@@@chen K@@@@ctstoffs
bis zm Erreichen eines ver@ä-thismße@ unnachgiebigen Zustands durch dimensionsänderung
je@elben in innige Ber@@@rung mit dem Gegenstand gebracht tird, um die Fasern des
Armierungsglieds in gespannten Zustand zu versetzen. @ei einem Gebilde wie bier
Schleifscheibe ist die Verwendung thermisch und dimensionsmäßig hochstabiler glasartiger
Fasern aus Glas oder Keramik für das Armierungsglies sCi erwänscht, um eine Beeinflussung
der Schleifleisi;ung zu vermeiden, falls das Armierungsgleied infolge Schleifscheiben@
@utzung oder aus anderen Grüden an der Schleiffläche zum Vorschein kommen sollte.
dei einem derartigen Armierungsglied lst sich ias erfindungsemäße Verfahren In der
Weise durchführen, daß die Glasfasern, vorzugsweise in zusammengefasster Form, wie
in Form eines Gewebes, mit einem Bidnemittel mit hohem Schrumpfungskoeffizienten
vorbehandelt wird, das benandelte Armierungsglied entweder in deii Kuntstoffkörper
eingelagert wird, während sich dieser in plastischem Zustand befindet, und der organische
Kunststoff mit eingelagertem Armierungsglied und ohne Dimensionsänderung des Bindemittels
in verhätnismäßig unnachgiebigen Zustand ausgehärtet wird, oder, falls eine
äußere
Armierung zulässig ist, der Körper nach dem Aushärten des organischen Kunststoffs
mit dem ihn umschließenden Armieungslied in innige Berührung gebracht wird, wobei
das Bindemittel und das Armirungsglied in jedem all anschliessend einer Schrumpfung
unterzogen werden, um die Armierungsgliedfasern im Körper vorzuspannen bzw. unter
Spannung zu setzen. Bei Verwendung Von Glasfasergewebeband und eines Bindemittels
mit gegenüber dem Kunststoff-Bindemittel der Schleifscheibe hohem Schrumpfungskoeffizienten
lassen sich unerwartete Erhöhungen der sicheren Betriebsdrehzahl der Schleifscheibe
von bis zu 50% erzielen.
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Zum besseren Verständnis weiterer Ziele, Vorteile und Merkmale der
Erfindung sind im folgenden bevorzugte ausführugnsformen der Erfindung anhand der
Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise weggebrochen und im Schnitt dargestellte
Aufsicht auf eine flache SchLeifscheibe mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2
eine Schnitt-SeitenansLkt der Schleifachelbe gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine teilweise
weggebrochen und im Schnitt dargestelte Seitenansicht einer napfförmigen Schleifscheibe
mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht
eines Teils des bei den Schleifscheiben gemäß den Fig. 1 - 3 verwendeten Verstärkungs-
bzw. Armierungsglieds, Fig. 5 eine perspektiviscne Ansicht einer Abwandlung des
Armierungslieds gemäß Fig. A, Fig. 6 eine teilweise weggebrochen und im Schnitt
dargestellte Aufsicht auf eine gegenüber den Schleifscheiben gemäß den Fig. 1 -
3 abgewandelte erfindungsgemäße Schleifscheibe, Fig. 7 eine Schnitt-beitenansicht
der Schleifscheibe gemäß Fig. 6 und Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines vorbehandelten
Faserstrange, wie er vorzugsweise bei den Armierungsgliedern gemäß den Fig. 1 bis
7 verwendet wird.
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In den Fig. 1 und 2 ist eine Flachschleifscheibe 10 dargestellt, die
auf einer Welle 14 mit an beiden Seiten der Schleifscheibe angreifenden Spannstücken
16, 18 um ihre Zentralachse 12 drehbar ist. Erfindungsgemä3 ist in diese Schleifscheibe
ein vorgespanntes Faser-Armierungsglied 20 aus glasartigem Faserbandgewebe mit wesentlich
größerer Breite als Dicke eingelagert, das um die zentrale Drehachse
der
Schleifscheibe neurm angeordnet ist, wobei die Sreitseite des Bands des Armierungsglieds
vorzugsweise parallel zur Achse 12 liegt. Bei der dargestellten Ausführungsform
besteht ds Arrnierungsglied aus zwei Bandlagen, deren freie Enden 24, 26 sich überlappen
und die einen ununterbrochenen Ring vorgespannter Fasern Lilden, welche die Schleifscheibe
zwischen den beiden lagen unter Druckspannung setzen.
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In Fig. 3 ist eine nappförmige Schleifscheibe 10' dargestellt, die
um ihren Umfang serum mit zwei axialen Abstand voneinander besitzenden, in inniger
Berührung mit dem Schleifscheibenkcrper stehenden Armierungsgliedern 20', 20" versehen
ist, deren Fasern so vorgespannt sina, daß sie den Schleifscheibenkörper, ähnlich
wie bei der Konstruktion gemäß den Fig. 1 und 2, zwischen sich unter Drucsspannung
setzen.
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Wie am deutlichsten aus den Fig. 4 und 7 hervorgeht, besteht das Band
selbst vorzugsweise aus einem Flechtwerk, oowonl auch Wirk- oder Webgebilde verwendet
werden können; und weist verhältnismäßig massige Gespinststränge 40 auf, die jeweils
aus einer Vielzahl von glasartigen Einzelfasern 42 beispielsweise aus Glas, Keramik
o.dgl. bestenen. Das Gespinst ist vorzugsweise unverdrillt, wobei die Einzelfasern
praktisch kontinuierlich sind und die Stränge mit einem Überzug 44 versehen sind.
wie dargestellt, sind die Stränge
vorzugsweise einnder kreuzend
angeordnet und und legen eine Vielzanl von ineinandergreifenden Strägen fest, die
sich im der@estellten, vorbestimmten Oberflächenuster kreuzen.
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Das Band kann entweder gemäß Fig. A verhältnismäßig engmaschig oder
gemä@ Fig. 5 offenmaschig sein, wobie es im erstgenannten Fall eine etwas größere
Fasermasse und im zweitgenanten Fall infolge einer d durch die Maschen-Zwischenräume
hindurchgreifenden Gefügeverbinung etwas bessere haftung am Material der Schleifscheibe
bietet. Sowohl beim engmascnigen als auch bem weit- oder offenmaschingen Band gewährleistet
die durch die Strangerhebungen und -vertiefungen bebildete rauhe Oberfläche eine
höchst wirksame Haftung des Bands m Schleifschiel@mterial, und zwar sowohl an den
Schleifkörnchen als auch am Bindeniittel. Zur Erzielung bester Ergebnisse sollte
das verwendete Band ein verhältnismä@ig hohes Verhältnis von Breite zu Dicke besitzen,
das mindestens etwa 1:3 und vorzugsweise, wie dargestellt, etwa 1:5 beträgt.
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Ein besonderes, später in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Verfahren
noch näher erläutertes Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die glasfaserartigen
Stränge niit einem Bindemittel vorbehandelt werden, das anschließend ausgehärtet
und einer Dimensionsänderung unterworfen wird und auf
und zwischen
den Glasfasern einen die Fasern im Inneren des Schleifscheibenkörpers 10 vorspanenden
Überzug 4.4 bildet.
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In den Fig. G und 7 ist eine der Konstruktion gemäß den Fig. 1 uiid
2 ähnelnde Schleifscheibe 10 dargestellt, in die jedoch ein effenmaschiges Armierungsglied
30 aus glasartigen Fasern senkrecht zur Drehachse der Schleifscheibe 10" in deren
Ebene liegend eingebettet ist. Wie dargestellt, besteht dieses Armierungsglied aus
einem offenmaschigen Gewebe mit Kettfäden 32 und Schußfäden 74, welches die zentrale
Drehachse der Schleifscheibe in einer praktisch in der Mitte zwischen den Seitenflachen
der Scheibe liegenden Ebene umschließt.
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Wie im Fall der Konstruktion gemäß den Fig. 1 bis 3 bestehen die Stränge
bzw. Fäden gemaß Fig. 8 aus einer Vielzahl glasartiger Fasern 42 mit einem zwischen
und auf diesen befindlichen Überzug 44.
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Da Betrieb einer Schleifscheibe dieser Art, insbesondere derwenigen
gemäß den Fig. 6 und 7, bleibt das Schleif- bzw.
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Spanabhebvermögen der Scheibe auch dann praktisch unbeeinträchtigt,
wenn die glasartigen Fasern des Armierungsglieds an der Schleiffläche zum Vorschein
kommen, da diese glasartigen Fasern ohne weiteres abgeschliffen werden, indem sie
zu feinen Teilchen zermahlen werden. Ebenso wird auch das die glasartigen Einzelfasern
ursprünglich überziehende und vereinigende
Bindemittel ohne weiteres
abgeschliffen. Die Schleifscheibe kann somit ohne beeinträchtigung der Sicherheit
auch dann noch benutzt werden, wenn das Armierungsglied an der Schleiffläche, d.h.
an der Seiten- oder an er Umfangsflache, zum Vorscnein kommt. Diee Tatsache ist
unter anderem auf die Kontinuität der Adhäsion bzw. Haftung zwischen den Schl e
ifsche ibenteil en und dem Armierungsglied zurückzuführren, da sich das Armierungsglied
nicht von der Schleifscheibe trennen oder in bzw. auf ihr lockern kann und die ganze
Einheit tatsächlich ein einstückiges Gebilde darstellt.
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Bei der erstellung der Schleifscheiben gemäß den Fig. 1, 2, 3, 6 und
7 wird der Schleifscheibenkörper herkömmlickerweise aus Schleifmittelkörnchen, wie
Siliziumkarbidkörnchen, und einem nicht umgesetzten, thermisch beständigen organischen
Kunststoff, wie Zweischritt-Phenol-Formaldehydharz, hergestellt. Ein typisches beispiel
für einen derartigen Kunststoff ist das von der Union Carbide Corp. hergestellte
Kunstharz Nr. 5417, das einen Schmelzpunkt von 70 - 800C besitzt.
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Erfindungsgemäß wird das aus glasartigen Fasern bestehende Armierungsglied
entweder in Fogm des Bands 20 oder 22 gemäß den Fig. t, 2 und 3 oder in Form der
Scheibe 30 gemäß den Pig. 6 und 7 nach Vorbehandlung mit einem entsprechenden Bindemittel
mit hohem Schrumpfungskoeffizienten bei der
Herstellung der Senleifscheiben
gemäß den Fig. 1 , , 6 sind 7 in die Schleifscheibenmdsse eingelagert bzw. eing@@@ettet,
während sich der organische Kunststoff n@ch in plastischem Zustand befindet, wäarend
die Armierungsglieder bei der napfförmigen Schleifsonei@ gemäß Fig. 3 später @@@@@@@@@@@@@
werden. Vor dem Schrumpfen ties Armigrungsglieds wird der organische Kunststoff
auf verhältnismäßig unnachgiebigen Zustand ausgehärtet, was in Fall eines Phe@ol-formaldehy@arzes
üblicherweise durch Hitze und Druck in @@@@@wart eines Katalystors, wie hexame thylentet@@@@@,
wänrend @@@@err Zeispanne von mehreren Stunden erfolgt. Während dieser Zeitspanne,
d.h. zumindest sc lange, bis ds Phenol-formaldehydaarz parktisch unnachgiebig geworden
sit, duß das Bindemittel des Armierungsglieds eine beträchtlichen eil seines potentiellen
Schrumpfungskoeffigienten beibehalten, damit es später einer Dimensionssonrungpfung
unterzogen werden --n kann, um die glasartigen Fasern n dem prak@isch unnachgiebigen
schleifscheibenkörper unter Spannung zu setzen. Bei der nach dem Aushärten armierten
Schleifscheibe gemäß Fig. 3 stellt dies Jedoch keine Schwierigkdit dar, da das verbehandelt
Armierungsband nach dem Aushärten des Kunstharzes angebracht werden kann. Obgleich
bei diesem Verfahren möglicherweise nicht die optinale Festigkeit der Schleifscheibe
erzielt wird, ist die erreichte Festigkeit dennoch völlig zufriedenstellend.
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Bei beiden Verfahrens varianten ist das Vorspannen der Pasern des
Armierungsglieds durch die Dimensionsänderungen,
die die einem
späteren Verfanrehssenritt im Ancehlu an das aushär@ten des organisegen kunststoffs
des @@@er Spannung zu setzenden K@@pers her@@@@@@fen @@@@@@@, @@@@@@@@@@ sie möglicherweise
in gewissem Ausmaß au@@@@@ beim Aushärten des Kunststoffs auftreten können, ausschlggebed
f2r den Erfolg der erfindungsgemäßen Verfahren. Bei Armierung bzw. Verstärkung einer
durch Phenol-Formaldehyd@@@@@rz gebundenen Schleifscheibe mit glasartigen Fasern,
wie vorstenden in Verbindung mit den Fig. 1, 2, 3, 6 und 7 beschrieben, hat sich
ein aus cr;-?anischem Kunststoff besehendes Bindemittel mit entsprechend hohem Schramfpungskoefzienten
von mindestens etwa 1 -als geeignet erwiesen, @eispielsweise gewisse Melamin-formaldehydnarne,
wie die von der Firma American Cynamid copany hergestellten dynel-Kunstahrze 481
und 406 mit einer Moleku larschrupfung von etwa 5 - 10% bei mehr als 100°C. Diese
Kunsthare haben sich bei Beschichtang von Glasartigen Fasern, die vorzugsweise eine
Silane-Obefflächenschicht o.dgl. aufweisen, ls wiksam erwiesen. Gleichermaßen lassen
sich andere Kunstharze, wie Nylon und gewisse Polyesterharze, mit gegenüber dem
zu armierenden Körper hohem Dinensionsändemugskoeffizienten und entsprechender Verträglichkeit
für das Verbinden mit dem Kunststoff des Gegenstands und den glasartigen o.dgl.
Fasern anwenden. Sei Verwendung von Phenol-Formaldehydharz als Körpermatierial und
Hexamethylentetramin als Katalysator ist die Verwendung von Melamin-
Formaldeny
als Binderllittel fir das glastaserartige Armiereungsglied besonders wirksam, da
es neben der katalystischen wirkung bei der Umsetzung des Phenol-Formaldehydtiarzes-
in einen thermisch unnachgiebigen Zustand auch die Polymerisation des Melamin-Formadehyds
so lange verzögert, bis das hexamethylentetramin durch lingeie Einwirkung hoher
Temperatur entfernt worden ist. Anschließend schrumpft das Melatnin-Formaldehydharz
bei einer übcr dcin Schmelzpunkt und der Aushärte temperatur des Phenol-Formaldehydharzes
liegenden Temperatur. Gemäß dem wichtigsten Merkmal der erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Shrumpfung des aielcmin-Formnld ehydAarzes so lange verzögert, bis das
Phenol-Formaldehyd unnachgiebig geworden ist, so daß die glasartigen Fasern zwecks
Schaffung der neuartigen erfindungsgemäßen Schleifscheiben optimal vorgespannt werden.
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Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend speziell in Verbindung
mit einer Schleifscheibenkonstruktion unter Verwendung verhältnismäßig unelastischer
bzw. nicht dehn-und verkürzbarer glasartiger Fasern beschrieben werden istt können
ersichlicherweise ebenso andere, organische oder anorganische, natürliche oder synthetische
Faserarten mit oder ohne Bindemittel verwendet werden, die einer späteren Dimensionsänderung
unterworden werden können, um die Fasern in einem unnachgiebigen Körper unter Spannung
zu
setzen. Im letztgenannten Fall können Fasern, die selbst einen
hohen potentiellen Dimensionsänderungskoeffizienten im Vergleich zum organischen
Kunststoff des Körpers besitzen, verwendet werden, um sie nach dem aushärten des
Körpers in diesem unter Spannung zu setzen. Die Erfindung ist folglich auf eine
grobe Vielfalt von durch vorgespannte Fasern ai:nierten Gegenständen, insbesondere
zylindrische Gegenstände, wie Rohre und Röhren, anwendbar, die mit einer ringförigen
anordnung von unter Spannung stehenden Fasern versenen sind, welche einen Teil des
Körpers dieser Gegenstände unter Druckapannung halten und auf diese Weise seine
Platzfestigkeit bzw. Festigkeit gegenüber Innendrucken beträchtlich erhöhen.
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Ersichtlicherweise sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen und
Änderungen der vorstehenden Offenbarung möglich, ohne daíS der Rahmen der erfindung
verlassen wird.