DE2210645A1

DE2210645A1 - Surface reinforced annular bodies - or frames with fibre reinforced resin cores and integrally bonded casings

Info

Publication number: DE2210645A1
Application number: DE19722210645
Authority: DE
Inventors: Oswald Landwehr
Original assignee: Pkt Kunststofftechnik & C GmbH
Current assignee: Pkt Kunststofftechnik & C GmbH
Priority date: 1972-03-06
Filing date: 1972-03-06
Publication date: 1973-09-20

Abstract

The dead casing is pressed, deep drawn or mechanically combined together and clamped in a suitable device alone or with re-usable tools so that it can be turned round or a turntable carrying spools of resin impregnated filaments, threads or tapes driven round it to form a wound core with a controlled structure according to the distribution of the embedding substance and reinforcing fibres. The core is allowed to set with or without the use of heat thus integrally bonding the casing to it and any re-usable tools removed.

Description

Verfahren zur Herstellung von oberflächenverstärkten ring- und rahmenartigen Körpern aus Verbundwerkstoffen und bauteile, die nach diesem Verfahren hergestellt worden sind. Process for the production of surface-reinforced ring and frame-like Bodies made of composite materials and components manufactured using this process have been.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ring- und rahmenartigen Körpern aus Verbundwerkstoffen mit Oberflächenverstärkung sowie die Bauteile, die nach diesem Verfahren hergestellt sind. Während der Wicklung eines Grundkörpers dient die Oberflächenverstärkung als Schalung oder Teil der Schalung und geht mit dem Grundkörper einen integralen Verbund ein.The invention relates to a method for the production of ring and frame-like bodies made of composite materials with surface reinforcement and the Components that are manufactured using this process. While winding one Base body, the surface reinforcement serves as formwork or part of the formwork and forms an integral bond with the main body.

Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von oberflächenverstärkten ring- und rahmenartigen Körpern aus Verbundwerkstoffen, bei denen das noch nicht erhärtete Verbundmaterial, bestehend aus Bettungsmasse und Verstärkungsmaterial durch Pressen, Injizieren oder Wickein in ein wiederverwendbares Formwerkzeug eingebracht wird, wobei d-eses Material an seiner Oberfläche durch den Kontakteinfluß des Formwerkzeuges verdichtet oder in anderer Weise gegenüber dem Material in oberflächenfernen Zonen verstärkt wird, die formgebenden Flächen des Formwerkzeuges ganz oder teilweise mit einer flüssigen oder pastösen mit oder ohne i?üllstoffe versehenen aushärtbaren Masse benetzt oder beschichtet werden und das später eingebrachte Material des Grundkörpers eine innige Verbindung mit diesem Formbeschichtungsmat2rial eingeht, wodurch die Oberfläche des fertigen Werkstückes ganz bzw. teilweise veredelt, verstärkt oder ihr eine Charakteristik verliehen wird, die verschieden ist von der von unbeschichteten Flächen aus dem Material des Grundkörpers, die Oberflächen von ausgehärteten Werkstücken durch Nachbehandlung z.B. durch Plattieren oder Beschichten verstärkt werden.Processes for the production of surface-reinforced materials are known ring-like and frame-like bodies made of composite materials, where this is not yet possible Hardened composite material, consisting of bedding compound and reinforcement material introduced into a reusable mold by pressing, injecting or winding is, with d-eses material on its surface by the contact influence of the mold compacted or otherwise compared to the material in areas remote from the surface is reinforced, the shaping surfaces of the molding tool in whole or in part with a liquid or pasty with or without fillers provided curable Mass are wetted or coated and the later introduced material of the base body enters into an intimate connection with this form coating material, whereby the Surface of the finished workpiece completely or partially refined, reinforced or it is given a characteristic different from that of uncoated Surfaces made from the material of the base body, the surfaces of hardened workpieces can be reinforced by post-treatment, e.g. by plating or coating.

Demgegenüber übernimmt bei dem Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, die Oberflächenverstärkung teilweise oder ganz die Aufgabe des Wickelwerkzeuges und wird als verlorene Schalung Integralteil des gewickelten Grundkörpers.In contrast, the method takes over the subject of the invention is, the surface reinforcement is partly or entirely the task of the winding tool and is used as permanent formwork as an integral part of the wound base.

Diese verlorene Schalung kann aus Metallen bestehen und dadurch eine abriebfeste Oberfläche darstellen und zugleich mit anderen Oberflächen-Eigenschaften, wie z.B. Selbstschmierung, gekoppelt werden.This lost formwork can consist of metals and thereby a represent abrasion-resistant surface and at the same time with other surface properties, such as self-lubrication.

Unter den Verbundwerkstoffen kommt für tragende Strukturen den faserverstärkten Eunststoffen aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften besondere Bedeutung zu. Faserverstärkte Kunststoffe, zum Beispiel glasfaserverstärkte Polyester- oder tpoxidharze lassen sich wirtschaftlich in Preß- und Wickelverfahren verarbeiten. Für Rotationskörper wie Ringe und Rahmen bietet sich das Wickelverfahren an. Es ist dem Preßverfahren insbesondere dann überlegen, wenn das zu erstellende Werkstück große Abmessungen hat und nur in geringer Stückzahl erstellt wird, da die Kosten für Wickelwerkzeuge im allgemeinen erheblich unter denen für Preßwerkzeuge liegen. Wird z.B. ein Ring aus faserverstärktem Kunststoff in an sich bekannter Weise im Wickelverfahren erstellt, so wird ein oder werden mehrere harzgetränkte, geschmeidige Endlosverstärkungsfäden, -stränge oder -bänder, z.B. nach dem Drehmaschinenprinzip in eine Spulenform eingespult. Dabei ist entweder die Faden-, Strang- oder Bandbreite auf die lichte Breite der Spulenform, d.h. die Breite des zu erstellenden Werkstückes abgestimmt oder mittels Faden-, Strang- oder Bandführung wird die Ablage der Verstärkungskomponente in die Spulenform so gesteuert, daß das erstellte Werkstück ein weitgehend gesteuertes Strukturgefüge aus Bettungsmasse und Verstärkungsmaterial aufweist. Der faserverstärkte Kunststoff kann auch ausschließlich oder zusätzlich zu den harznassen Endlosfäden, -strängen und/oder -bändern in Form von harznassen Kurzfasern in die Spulenform eingespritzt und/oder eingepreßt werden.Among the composite materials for load-bearing structures comes fiber-reinforced Plastics are of particular importance due to their good mechanical properties to. Fiber-reinforced plastics, for example glass fiber-reinforced polyester or Epoxy resins can be processed economically in compression and winding processes. The winding process is ideal for rotating bodies such as rings and frames. It is particularly superior to the pressing process when the workpiece to be produced has large dimensions and is only produced in small numbers because of the cost for winding tools are generally considerably below those for pressing tools. If, for example, a ring made of fiber-reinforced plastic is used in a known manner in the Winding process created so one or more resin-soaked, pliable Endless reinforcement threads, strands or bands, e.g. according to the lathe principle wound into a bobbin shape. Either the thread, strand or bandwidth is here to the clear width of the coil shape, i.e. the width of the workpiece to be produced The storage of the reinforcement component is coordinated or by means of thread, strand or tape guidance controlled in the coil shape so that the workpiece created is a largely controlled Has structural structure made of bedding compound and reinforcement material. The fiber-reinforced Plastic can also be used exclusively or in addition to the resin-wet filaments, strands and / or tapes in the form of resin-wet short fibers in the coil form injected and / or pressed in.

Die Einsatzmöglichkeiten derartiger ring- oder rahmenartiger Körper werden u.a. weitgehend von den Eigenschaften des verwendeten Materials bestimmt. Faserverstärkte Kunststoffe haben Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften, die es erlauben, tragende Strukturen aus ihnen aufzubauen. Bei spezifischen Anwendungen, z.B. beim Einsatz von Ringen als xosflansche bei Hohrl eitungsverbinaungen , sind neben ausreichender Festigkeit besondere (Oberflächen-jigenscLaften gefordert: - Die Kräfte aus der Flanschverbindung werden sowohl rohrseitig (Rohrbund) als auch schraubenseitig (Schraubenkopf bzw Mutter mit Unterlegscheibe) jeweils nur örtlich begrenzt in den Flanschring eingeleitet; es besteht somit die Forderung nach hoher zulässiger Flächenpressung.The possible uses of such ring-like or frame-like bodies are largely determined by the properties of the material used. Fiber-reinforced plastics have strength and rigidity properties that make it possible to build supporting structures from them. For specific applications, E.g. when using rings as xos flanges in pipe connections In addition to sufficient strength, special (surface properties required: - The forces from the flange connection are both on the pipe side (pipe collar) and On the screw side (screw head or nut with washer) only locally limited introduced into the flange ring; there is therefore a demand for higher permissible surface pressure.

- Bei der Montage der Rohrverbindung lassen sich Relativbewegungen zwischen Los- und Festteilen nicht ausschließen (Drehbewegungen von Losflansch gegenüber Rohrbund, Drehbewegungen von Schraubenkopf und Mutter bzw. Unterlegscheibe gegenüber Losflansch); es besteht somit die Forderung nach hoher Abrieb-und Verschleißfestigkeit. - When assembling the pipe connection, relative movements can be observed Do not exclude between loose and fixed parts (rotary movements of the loose flange opposite Pipe collar, rotating movements of screw head and nut or washer opposite Loose flange); there is thus a requirement for high abrasion and wear resistance.

- Ist das Rohrleitungssystem bis auf ein Temperaturniveau erhitzt, das beim Werkstoff des Losflansches bereits zu einem kritischen Festigkeitsabfall führt, so sind am Losflansch die Zonen hoher Flächenpressung, insbesondere die zum Rohrbund als Wärmebrücke zum Rohrleitungssystem besonders gefährdet; es besteht somit die Forderung nach guter Wärmeleitfähigkeit, um über die gesamte Flanschringoberfläche möglichst viel Wärmeenergie durch Strahlung an die Umgebung abgeben zu können. - Is the pipeline system heated up to a temperature level, this already leads to a critical drop in strength in the material of the loose flange leads, the zones of high surface pressure are on the loose flange, especially those for Pipe bundle as a thermal bridge to the pipe system is particularly endangered; it exists thus the requirement for good thermal conductivity in order to cover the entire surface of the flange ring to be able to release as much heat energy as possible into the environment through radiation.

Im Hinblick auf Anwendungen der beschriebenen Art sind z.B.With regard to applications of the type described, e.g.

glasfaserverstärktes Polyester- oder Epoxidharz den bekannten metallischen Konstruktionswerkstoffen (Stahl, liuminium, Titan) unterlegen; die metallischen Werkstoffe haben höhere zulässige Flächenpressung, zeigen besseres Verhalten gegenüber Abrieb und Verschleiß und besitzen eine bessere Wärmeleitfähigkeit als z.B. glasfaserverstärkte Epoxid- oder Polyesterharze.glass fiber reinforced polyester or epoxy resin the known metallic Inferior construction materials (steel, liuminium, titanium); the metallic ones Materials have higher permissible surface pressure and show better behavior towards Abrasion and wear and tear and have a better thermal conductivity than e.g. glass fiber reinforced Epoxy or polyester resins.

Das Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, nutzt die Wirtschaftlichkeit des Spulwickelns von faserverstärkten Kunctstoffen und erlaubt die Erstellung von Bauteilen mit Oberflächeneigenschaften, die mit dem Werkstoff des Grundkörpers nicht erzielbar sind, dadurch, daß die Spulwickelform, die ganz oder teilweise aus einem Material besteht, das Eigenschaften besitzt, die den an die Oberfläche oder Teile der Oberfläche des zu erstellenden Bauteiles gestellten Anforderungen genügen, als verlorene Schalung Integralteil des gewickelten Grundkörpers wird.The process which is the subject of the invention makes use of economy the winding of fiber-reinforced plastics and allows the creation of Components with surface properties that do not match the material of the base body are achievable in that the bobbin form, which is wholly or partially from a Material is made up of properties that adhere to the surface or parts the surface of the component to be created meet the requirements, as permanent formwork is an integral part of the wound base body.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a) Die z.B. durch Pressen, Tiefziehen oder Zusammenfügen von Einzelteilen erstellte verlorene Schalung wird allein oder durch wiederverwendbare Werkzeuge ergänzt und/oder verstärkt so in eine geeignete Vorrichtung gespannt, daß sie nach dem Drehmaschinenprinzip gedreht oder daß sie von einem Karussell mit z.B. Faden-, Strang- und/oder Bandspulen umfahren werden kann.The inventive method is through the following process steps marked: a) The e.g. by pressing, deep drawing or joining of individual parts Lost formwork is created alone or through reusable tools supplemented and / or reinforced so tensioned in a suitable device that they after rotated according to the lathe principle or that they are rotated by a carousel with e.g. thread, Strand and / or tape reels can be bypassed.

b) Harznasse Fäden, Stränge, Bänder und/oder Schnitzel werden in die Spulenform, bestehend aus der verlorenen Schalung, allein oder durch wiederverwendbare Werkzeuge ergänzt und/oder verstärkt so eingebracht, daß der Grundkörper hinsichtlich der Verteilung von Bettungsmasse und Verstärkungsfasern ein weitgehend gesteuertes Strukturgefüge (Verhältnis von Bettungsmasse zu Verstärkungsmaterial) aufweist. b) Resin-wet threads, strands, ribbons and / or chips are in the coil shape, consisting of the lost formwork, alone or by reusable Tools supplemented and / or reinforced so that the base body in terms of Distribution of bedding material and reinforcing fibers a largely controlled structure (Ratio of bedding material to reinforcement material).

c) Der Grundkörper wird mit oder ohne äußere armezufuhr erhärtet, die verlorene Schaltung geht dabei mit dem Grundkörper einen integralen Verbund ein. c) The base body is hardened with or without external arm supply, the lost circuit forms an integral bond with the base body a.

d) Soweit gegeben, werden di wiederverwendbaren Werkzeuge entfernt. d) If available, the reusable tools will be removed.

Die Figuren 1 bis 6 zeigH;ii er chnitt nach dem ndungsgemäßen Verfahren erstellte ringförmige Werkstücke aus Verbundwerkstoffen mit Oberflächenverstärkung.Figures 1 to 6 show; it is cut according to the method according to the invention created ring-shaped workpieces made of composite materials with surface reinforcement.

Fig. 1 zeigt ein ringförmiges Werkstück mit dem Grundkörper 1 bestehend aus Bettungsmasse und Verstärkungsfasern und der U-förmigen verlorenen Schaltung 2.1 als Oberflächenverstärkung.Fig. 1 shows an annular workpiece with the base body 1 consisting made of bedding material and reinforcing fibers and the U-shaped lost circuit 2.1 as surface reinforcement.

Fig. 2 entspricht Fig. 1, jedoch besteht das Formwerkzeug aus zwei voneinander getrennten Teilen der verlorenen Schaltung 2.2 und 2.3 und einem wiederverwendbaren Formwerkzeug 3.1.Fig. 2 corresponds to Fig. 1, but the molding tool consists of two separate parts of the lost circuit 2.2 and 2.3 and a reusable one Form tool 3.1.

Fig. 3 entspricht Fig. 1, die verlorene Schaltung 2.4 ist ebenfalls U-förmig, jedoch derart, daß eine Stirnseite des Ringes unverstärkt bleibt. Das wiederverwendbare Werkzeug 3.2 dient ausschließlich der Zentrierung und Aufnahme der verlorenen Schaltung 2.4. Der Aufbau des Grundkörper im Spulwickelverfahren erfolgt bei Bauteilen nach Fig. 3 am zweckmäßigsten bei vertikaler Wickelachse (= Werkstückachse). Der Spulprozeß selber ist bei Bauteilen dieser Art komplexer als bei Bauteilen entsprechend Fig. 1; die Ablage der harznassen Verstärkungsfäden oder -stränge muß weitgehend umfangsspannungslos erfolgen.Fig. 3 corresponds to Fig. 1, the lost circuit 2.4 is also U-shaped, but in such a way that one end of the ring remains unreinforced. That Reusable tool 3.2 is used exclusively for centering and recording the lost circuit 2.4. The structure of the main body in the coil winding process in the case of components according to FIG. 3, it is most useful when the winding axis is vertical Workpiece axis). The winding process itself is more complex than for components of this type for components according to FIG. 1; the storage of the resin-wet reinforcement threads or -strands must be largely free of circumferential tension.

Fig. 4 entspricht Fig. 3, jedoch ist die Innenschale der verlorenen Schalung 2.5 geometrisch höher als der Grundkörper 1.Fig. 4 corresponds to Fig. 3, but the inner shell is the lost one Formwork 2.5 geometrically higher than the main body 1.

Fig. 5 zeigt das Bauteil aus Fig. 4, nachdem in einem auf die beschriebenen Verfahrensschritte a bis d folgenden weiteren Verfahrensschritt, der überstehende Bereich der Innenschale der verlorenen Schalung 2..1 vor die in Fig. 4 unverstärkte Stirnfläche des Grundkörpers geformt worden ist.FIG. 5 shows the component from FIG. 4, after in one of the described Process steps a to d following further process step, the supernatant Area of the inner shell of the permanent formwork 2..1 in front of the unreinforced in Fig. 4 End face of the base body has been shaped.

Fig. 6 entspricht Fig. 1, jedoch ist die verlorene Schalung keine nahtlose Struktur, sondern aus den Einzelteilen 2.6.1, 2.6.2 und 2.6.3 zusammengefügt. '2eil 2.6.1 ist dabei so ausgebildet, daß es zum Grundkörper durch Verzahnen neben der Verklebung auch einen mechanischen Verbund eingeht.Fig. 6 corresponds to Fig. 1, but the permanent formwork is not seamless structure, but assembled from the individual parts 2.6.1, 2.6.2 and 2.6.3. '2eil 2.6.1 is designed so that it is next to the base body by interlocking the bond also forms a mechanical bond.

Claims

1) Process for the production of surface-reinforced ring and frame-like bodies made of composite materials characterized by the following, successive process steps: a) The deep-drawing, e.g. by pressing or joining of individual parts created lost formwork is alone or supplemented and / or reinforced by reusable tools; so in a suitable Device tensioned that it rotated according to the lathe principle, or that it be bypassed by a carousel with e.g. thread, rope and / or tape spools can.

b) Resin-wet threads, strands, ribbons and / or chips are in the coil shape, consisting of the lost formwork alone or by reusable Tools supplemented and / or reinforced so that the base body with regard to the distribution of bedding material and reinforcing fibers is largely controlled Has structural structure.

c) The base body is hardened with or without external heat input, the lost formwork forms an integral bond with the base body.

d) If available, the reusable tools will be removed.

2) Method according to claim 1, characterized in that according to the Process steps a) to d) in a process step e) further areas of the Workpiece by means of the material provided for this purpose, which is integral with the base body connected permanent formwork are surface reinforced (Fig. 4 and Fig. 5).

3) Ring and frame-like bodies made of composite materials with surface reinforcement characterized in that it according to the method according to claim 1 or the method according to claims 1 and 2 have been created (Fig. 1 to Fig. 6).