DE2146783B2

DE2146783B2 - Verfahren zur herstellung eines kraftuebertragenden bauteiles und formkoerper zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2146783B2
Application number: DE19712146783
Authority: DE
Inventors: Holger 8000 München Kreft
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1971-09-18
Filing date: 1971-09-18
Publication date: 1973-08-02
Also published as: DE2146783A1; DE2146783C3

Description

Die Erfindung bezieht sich >..uf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles zur Beanspruchung auf Zug und/oder Druck in Längsrichtung und/oder Torsion mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlenstoffaserverstärkten Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser besteht, und Anschlußarmaturen an beiden Enden.

Es sind Bauteile zur Übertragung von großen Zug- und Druckkräften bekannt, wie z. B. Stützen, Wellen usw., die aus Metall hergestellt werden. Sie haben eine hohe Lebensdauer, aber den l^Tachteil eines hohen Gewichtes, das bei bewegten Teilen in den Lagern wegen der großen Lagerkräfte zu starkem Verschleiß führt und damit den Vorteil der eigenen hohen Lebensdauer teilweise wieder zunichte macht. Hinzu kommen die durch das Material und das Herstellverfahren bedingten erheblichen Fertigungskosten. Außerdem sind solche Teile in bestimmten Bereichen der Technik, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik, wegen der dort besonders starken Forderung nach geringstmöglichem Gewicht bei höchstmöglicher Belastbarkeit oft überhaupt nicht verwendbar.

Man hat deshalb auch bereits vorgeschlagen, das Mittelteil solcher kraftübertragender Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen, wobei jedoch entweder auf die Problematik der Befestigung von Anschlußarmaturen an diesem Mittelteil überhaupt nicht eingegangen wurde (USA.-Patentschrift 2573 361) oder aber diese Befestigung als Verbindung »auf Stoß« ausgeführt ist (deutsches Gebrauchsmuster 1923179). Bei dieser Art von Befestigung ist jedoch die Verbindung zwischen Mittelstück und Endarmatur nur schwach, so daß die Lebensdauer des Gesamtbauteiles beeinträchtigt wird. Es ergab sich dann zwar ein leichtes Bauteil, das aber nur mehr eine geringe Lebensdauer mit teilweise sogar verminderter Tragkraft oder Sicherheit aufwies.

Zum Verbinden von faserverstärkten Kunststoffrohren mit Endarmaturen wurden Lösungen bekannt, die jedoch entweder völlig ungeeignet zur Kraftübertragung in Längs- und/oder Drehrichtung sind

ίο (USA.-Patentschrift 3 030253 und n-xr reinen Zusammenfügungs- oder Abdichtzwecken dienen, oder die zu außerordentlich komplizierten und aufwendigen Anschlußvorrichtungen führen (USA.-Patentschrift 3 584473).

Es wurde weiterhin eine Anschlußvorrichtung für die Verbindung von Anschlußannaturen mit einem biegsamen, Torsionskräfte übertragenden Schaft bekannt (USA.-Patentschrift 979 985), bei der das Schaftende zwischen zwei konisch sich verengenden Teilen der Anschlußarmatur verspannt wird. Diese Art von Annaturenbefestigung setzt jedoch für den Verspannvorgang eine Biegsamkeit des an seinen Enden zu. verspannenden Mittelteiles voraus, die bei faserverstärktem Kunststoff nach dem Aushärten nicht mehr gegeben ist.

Die vorliegende Erfindung setzt sich nun die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln zur Herstellung von faseiverstärkten Bauteilen zur Beanspruchung auf Zug und/oder Druck in Längsrichtung und/oder Torsion mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlenstoffaserverstärkten Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser und Anschlußannaturen an beiden Enden besteht, wobei die nach diesem Verfahren hergestellten Bauteile geeignet sind zur Übertragung großer Kräfte der genannten Art bei gleichzeitig niedrigem Gesamtgewicht, geringem baulichen Aufwand und hoher Lebensdauer.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verstärkungsfase« des Mittelteiles nach dem Durchlaufen eines Kunststoffbades beim Aufwickeln auf einen zwischen den Anschlußannaturen befindlichen Formkörper über die sich zum Bauteiläußeren radial verengenden Innenteile der Anschluß- armaturen hinweggewickelt wird.

Ein durch das erfindunigsgemäße Verfahren hergestelltes Bauteil weist alle oben angeführten Vorteile auf, denn das rohrförmige Mittelstück ist auf Grund seiner Festigkeitseigenschaften zur tJbertragung hoher Kräfte geeignet, auf Grund seiner Materialzusammensetzung hat es ein relativ geringes Gewicht und infolge der Verbindung zwischen Mittelstück und Anschlußarmatur hat diese Verbindung eine hohe Lebensdauer. Außerdem ist aber ein solches Bauteil auch mit geringem Aufwand herstellbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr wirtschaftliche Herstellung des Bauteiles in einem Arbeitsgang, wenn man von der einfachen Herstellung der Einzelteile der Endarmaturen absieht, und gewährleistet vor allem eine sehr tragfähige, weil klebende Verbindung zwischen dem Mittelstück und den Endarmaturen, was zu der gewünschten höhen Lebensdauer wesentlich beiträgt.

L-.i Gegensatz zu allen bisher bekannten Herstellängsverfahren, bei denen stets zuerst das Mittelteil hergestellt werden mußte und erst hiernach an dessen Enden Armaturen befestigt werden konnten, werden bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren

für das kraftübertragende Bauteil die Verstärkungsfasern endlos bis über die sich zum Bauteiläußeren radial verengenden Innenteile der Anschlußarmaturen hinweg gewickelt, wodurch sich nach dem Aushärten des Kunststoffes neben einem Klebe- auch noch ein Formschluß mit der Armatur ergibt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Außenteil jeder Anschlußarmatur vor dem Erhärten des Kunststoffes auf die Innenarmatur aufgeschoben, so daß sich der erhärtende Kunststoff sowohl mit dem Innenteil als auch mit dem Außenteil der Armatur verbindet. Hierdurch wird die Verbindung zwischen rohrförmigera Mittelstück und den Anschlußarmaturen noch durch eine zusätzliche Klebeverbindung mit dem Außenteil der Armaturen verstärkt, was eine weitere Erhöhung der übertragbaren Kräfte ergibt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Formkörper aus Kunst- oder Schaumstoff geringen Gewichtes. Durch einen solchen verlorenen Innenkern geringen Gewichtes wird das Gesamtgewicht des Bauteiles nur unwesentlich beeinflußt, bei Druckbeanspruchung jedoch ein Einknicken der inneren Fadenlagen vermieden, ohne dau der Kern selbst zur Kraftaufnahme mit herangezogen wird. Gleichzeitig erhöht sich die Biegesteifigkeit des gesamten Bauteiles.

Das eine Ende eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteiles ist in der Zeichnung schematisch und im Schnitt dargestellt. Bauteil und Verfahren in seinen erfindungswesentlichen Schritten sind nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 1 das rohrförmige Mittelstück bezeichnet, während die an jedem Ende vorgesehene Anschlußannatur in ihren einzelnen Teilen mit 2, 3 und 4 bezeichnet ist. Dabei ist 3 das Innenteil, 2 das Außenteil und 4 die Klemm-Mutter. Der aus Schaumstoff gefertigte Stützkörper ist mit S, eine der Fasern ist mit 6 bezeichnet.

Die Herstellung des Bauteiles geschieht in der Weise, daß die Innenteile 3 der Anschlußarmaturen mit dem aus porösem Material bestehenden Stützkörper 5 zusammen in die Wickelmaschine eingespannt und ausgerichtet werden. Sodann wird die in einem Kunststoffbad mit nicht ausgehärtetem Kunststoff überzogene Verstärkungsfaser, insbesondere Kohlenstoff-, aber auch Bor- oder Glasfaser, über den Stützkörper 5 und die schalenförmigen Auflageflächen des Innenteiles 3 gewickelt, und zwar beginnend am inneren Teil der schalenförmigen Außenkontur des Innenteiles an einem Ende und fortgesetzt über

'5 den aus porösem Material bestehenden Stützkörper bis zum inneren Ende der schalenförmigen Außenkontur des Innenteiles am anderen Ende des Bauteiles. Dieser Wickelvorgang wird nun so lange fortgesetzt, bis das Mittelstück die gewünschte Wandstärke

ze erreicht hat. Danach werden die Außenkörper 2 über die Innenteile 3 gesc? /ben und durch die Ringmutter 4 gegen die schaleniö -rnige Außenkontur der Innenteile 3 verspannt, so daß die eingezogenen Enden des Mittelstückes 1 dazwischen fest eingeklemmt wind. Anschließend wird das gesamte Bauteil ausgehärtet, wobei zwischen dem Außenteil und dem rohrförmigen Mittelstück ebenso wie zwischen Mittelstück und Innenteil eine sehr enge und tragfähige Klebverbindung entsteht.

Bei den Verstärkungsfasern, wie sie bei der Erfindung verwendet werden, handelt es sich um Fasern aus einem Werkstoff, der auch bei geringem Querschnitt hohe Festigkeit hat. Insbesondere werden mehrere sehr dünne Fäden parallel zu einem Bündel zusammengefaßt sein, oder es können die Fäden in geeigneter Weise geflochten sein. Es kann sich um Fäden aus Kohlenstoff, Glas, Bor od. dgl. handeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles zur Beanspruchung auf Zug und/oder Druck in Längsrichtung und/oder Torsion mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem faserverstärkten, insbesondere koblenstoffaserverstärkten Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser besteht, und Anschlußarmaturen an beiden Enden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser (6) des Mittelteiles nach dem Durchlaufen eines Kunststoffbades beim Aufwikkeln auf einen zwischen den Anschlußarmaturen (2, 3) befindlichen Formkörper (S) über die sich zum Bauteiläußeren radial verengenden Innenteile (3) der Anschlußarmaturen (2, 3) hinweggewickelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (2) der Anschlußarmatur (2,3) vor dem Erhärten des Kunststoffes aif die Innenarmatur (3) aufgeschoben wird, so daß sich der erhärtende Kunststoff sowohl mit den Innenteil (3) als auch mit dem Außenteil (2) der Armatur verbindet.

3. Formkörper zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (5) aus Kunst- oder Schaumstoff geringen Gewichtes besteht.