DE2348011C3 - Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Körpers aus übereinanderliegenden Schichten aus mit warmhärtendem Kunststoff imprägnierten Kohlenstoff-Fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Körpers gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem solchen durch die DE-OS 19 61735 >. bekannten Verfahren, das dort zum Herstellen von Golfschlägerschäften verwendet wird, werden die einzelnen Kohlenstoff-Faser-Schichten paketartig übereinandergestapelt und sodann zusammen um den Wickeldorn spiralförmig herumgewickelt. Dabei ist die <>< > unterste Schicht aus über die gesamte Länge des Körpers längs durchlaufenden Kohlenstoff-Fasern gebildet; die darübergelegten weiteren Schichten bestehen aus Streifen, in denen die Kohlenstoff-Fasern schräg verlaufen und die derart zueinander angeordnet sind, *> > daß die Fasern aufeinanderfolgender Schichten sich überkreuzen. Die schräglaufenden Fasern in diesen Schichten, die den Dorn nach dem Wickeln wendelförmig umgeben, laufen also nicht über die ganze Länge des Körpers durch, sondern sind an dem Kantenstoß des spiralförmig gewickelten Schichten-Pakets jeweils unterbrochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Widerstandskraft des Körpers bei Einwirkung von Schlag-, Biege- und Drehbeanspruchung verstärkt und die Biegsamkeit des Körpers bei der Herstellung vorbestimmbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gekennzeichnet; Anspruch 7 betrifft eine Verwendung.

Die Erfindung bringt den wesentlichen technischen Fortschritt mit sich, daß durch die schräg aufgewendelten ununterbrochenen Faserverläufe jede schwache Zone, wie etwa ein Längs-Kantenstoß, vermieden und eine bessere Festigkeit und ein höheres Widerstandsmoment erzielt ist, und dies gleichbleibend bei Krafteinwirkungen in allen Richtungen der Querschnittsebene. Wegen der besseren Eigenschaften kann entweder (bei derselben Wanddicke des Körpers) die Beanspruchung eine höhere sein oder die Wanddicke kann (bei derselben Beanspruchung) entsprechend vermindert werden und damit auch das Gewicht des Körpers. Die Biegsamkeit des Körpers läßt sich bei der Herstellung durch Wahl und Anordnung der ununterbrochen durchlaufenden Faserschichten und deren Richtung vorbestimmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand der Herstellung eines konischen rohrförmigen Körpers, der als Golfschlägerschaft geeignet ist, dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorratsrolle mit Streifen aus mit Kunstharz imprägnierten Kohlenstoßfasern,

F i g. 2 bis 9 in Draufsicht das Zurechtschneiden und Aufwickeln der Streifen auf einen Dorn zu einem rohrförmigen Körper,

F i g. 10 eine Vorderansicht einer Rolleinrichtung zum Festpressen und Komprimieren der aufgewickelten Streifen auf dem Dorn,

Fi g. 11 die Funktion der Rolleinrichtung,

F i g. 12 eine schematische Ansicht eines Gestells zum Aufhängen der umwickelten Dorne in einem Ofen,

Fig. 13 das Herausnehmen der umwickelten Dorne aus dem Ofen,

Fig. 14 das Schneiden der Hüllschichten des gehärteten rohrförmigen Körpers auf die richtige Länge,

Fig. 15 eine fragmentarische, teilweise geschnittene Seitenansicht, die zeigt, auf welche Weise die Dorne an einem Gestell aufgehängt sind,

Fig. 16 das Entfernen der äußeren Schutzschichten von einem rohrförmigen Körper,

F i g. 17 das Schneiden der rohrförmigen Körper nach dem Wegnehmen vom Dorn,

F i g. 18 das Schleifen der Außenfläche,

Fig. 19 das Überziehen eines hohlen rohrförmigen Körpers mit einem Polyurethanlack,

Fig. 20 ein Pflockbrett zum Trocknen der PoIyurcihanlackschicht in der Luft,

Fig. 21 den zweiten Poliervorgang nach dem Trocknen der ersten Lage des Polyurelhanlacks,

Fig.22 den zweiten Tauchvorgang des hohlen rohrförmigen Körpers in Polyurethanlack,

Fig.23 eine perspektivische Ansicht, teilweise im

Schnitt, eines fertigen konischen rohrförmigen Körpers,

Fig,24 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht des rohrförmigen Körpers,

F i g, 25 einen Schnitt längs der Linie 25-25 in F i g. 24.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorratsrolle 12 gezeigt, die aus einem langen Band von Kohlenstoffasern 13 besteht, das annähernd 130 000 einzelne lange Kohlenstoffasern enthält, von denen jede einen Durchmesser von etwa 7 Mikron hat Diese Anordnung von 130 000 einzelnen Fasern aus Kohlenstoff bildet eine Lage mit einer Dicke von annähernd 0,12 mm und ist mit einem geeigneten, wärmehärtbaren Kunstharz 14 imprägniert, das die Zwischenräume zwischen den Fasern ausfüllt und die Fasern umgibt Der Grad der Imprägnierung der Faseranordnung ist derart, daß das imprägnierende Kunstharz 14 die Kohlenstoffasern 13 parallel hält, wodurch ein Streifen mit mehr oder weniger regulären Seitenkanten 15 und 16 gebildet wird. Weil das Kunstharz 14, in das die Kohlenstoffasern 13 eingebettet sind, klebrig ist, wird die eine Seite des Streifens mit einer Schutzschicht in Form eines absehbaren Papiers 17 versehen. Ais besonders geeignetes Kunsuuoffmaterial zum Einbetten der Kohlenstoffasern 13 hat sich ein wärmehärtbares Epoxydkunstharz erwiesen. Geeignet sind Streifen mit einer Breite von annähernd 7,5 cm, die in Rollenform im Handel und von verschiedenen Herstellern erhältlich sind.

Die Vorratsrolle 12 wird auf einen Dorn 18 aufgesteckt, so daß man nach Bedarf Stücke des Bandes abschneiden kann. In F i g. 2 ist eine Länge des Streifens 19 aus vorimprägnierten Kohlenstoffasern, wie sie von der Vorratsrolle 12 abgeschnitten ist, dargestellt. Der Streifen 19 liegt flach auf einem Tisch 20. Wenn ein Zurechtschneiden der Seitenkanten 15 und 16 notwendig ist wird es zu diesem Zeitpunkt ausgeführt.

Dann wird der Streifen 19 auf die richtige Länge zugeschnitten, vorzugsweise entlang den Markierungslinien 21 und 22 auf dem Tisch 20, die beim gewählten Ausführungsbeispiel einen solchen Abstand voneinander haben, daß der zugeschnittene Streifen 19 jetzt die vorgeschriebene Länge von etwa 122 cm hat und eine Breite, die durch die parallelen Längskanten 15 und 16 gegeben ist, die ziemlich genau 7,5 cm voneinander entfernt sind. Während des Abschneidens und des Zuschneidens bleibt auf dem Streifen 19 noch der Schutzpapierüberzug 17. Beim Schneidevorgang liegt der Schutzpapierüberzug 17 zuunterst auf dem Tisch 20, der vorzugsweise mit einer Glasfläche versehen ist auf der sich der Schutzüberzug 17 leicht bewegen läßt.

Nachdem der Streifen 19 in der richtigen Länge zugeschnitten ist, werden einzelne, längliche, sich verjüngende Streifen 23 und 24 von dem Streifen 19 abgeschnitten, wie dies in Fig.3 angedeutet ist. Jeder solche Längschnitt wird entlang eines geeigneten Vierkants ausgeführt, der auf das Material gelegt wird, so daß die sich verjüngenden Längskanten jedes Streifens 23 bzw. 24 gerade und regelmäßig ohne ausgezackte Ränder verlaufen. Dabei wird die gesamte Materialschicht durchgeschnitten, die aus der Anordnung der Kohlenstoffasern, eingebettet in dem Kunstharz und behaftet mit dem Schutzpapierüberzug !7, besteht.

Die Breite jedes Streifens wird dabei gemäß F i g. 4 derart abgemessen, daß zwei lange sich verjüngende Streifen mit den Abmessungen 1,27 χ 3,8 χ 122 cm entstehen, wobei d^!e schmalen Enden der Streifen an den entgegengesetzten Enden des ursprünglichen Streifens abgemessen werden, wie dies aus F i g. 3 ersichtlich ist Auf diese Weise entsteht der Materialabfall aus dem Mittelteil des ursprünglichen Streifens, Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, wird der eine sich verjüngende Streifen 23 von einer Seitenkante des Bandstückes 19 > aus abgemessen, während der andere Streifen 24 von dem an der anderen Seitenkante des Bandes angrenzenden Material abgeschnitten wird.

Wie die Erfahrung gelehrt hat, kann der erste Streifen die Abmessungen 1,27 χ 3,8 χ 122 cm erhalten, wäh-

i" rend jeder nachfolgende Streifen die gleiche Länge, aber eine um 0,8 mm größere Breite als der vorausgehende Streifen im Herstellungsprozeß erhält Der Breitenzuwachs erstreckt sich über die gesamte Länge des Streifens, wobei der Verjüngungsgrad konstant

Γι bleibt Dabei ist wichtig, daß alle sich verjüngenden Streifen 23 und 24 durch einen Schnitt in Längsrichtung des ursprünglichen Streifens gewonnen werden, so daß die vielen Kohlenstoffasern, die die Schicht bilden, in Längsrichtung des Streifens orientiert sind, um so zu der

-'Ii außerordentlich hohen Zugfestigkeit der dimensionierten schräg zulaufenden Streifen beb' fragen.

in F i g. 5 ist schematisch die anfängliche Lagebeziehung zwischen einem sich verjüngenden Streifen 26 aus langen Kohlenstoffasern und einem Dorn 29 dargestellt,

j-, wobei der Streifen 26 an seinem schmalen Ende 27 eine Basisahmessung von 1,27 cm und an seinem breiteren Ende 28 eine Abmessung von 2,8 cm hat und genau 122 cm lang ist. Der Dorn 29 ist vorzugsweise aus Chromstahl und hat eine Gesamtlänge von 142 cm

in sowie an seinem schmalen Ende 30 eben Durchmesser von 4,1 mm und an einer Stelle 31, die 127 cm von dem schmalen Dornende 30 entfernt ist, einen Durchmesser von 13,5 mm. Weiter ist der Dorn 19 mit einem Befestigungsteil 32 von annähernd 15,2 cm Länge und

ι > einem zylindrischem Querschnitt mit einem Durchmesser von annähernd 13,5 mm versehen. Wie F i g. 15 zeigt, hat der Befestigungsteil 32 des Doms 19 eine Gewindebohrung 33, in der eine Kopfschraube 34 aufgenommen ist, deren Zweck noch später erläutert

in wird.

In Fig.5 ist der Dorn 29 horizontal entlang einer Kante einer Tischfläche 35 angeordnet die mit Anschlagklötzen 36 und 37 an ihren beiden Enden versehen ist, so daß, wenn der Dorn 29 horizontal auf

ι ■ dem Tisch liegt, er gegen die Anschlagklötze 36 und 37 angelegt werden kann. Das schmale Ende 30 des Doms 29 steht um etwa 2,5 cm über dem zugehörigen Anschlagklotz 37 vor. Ein langer, sich verjüngender Streifen 26 ist mit der einen Längskante 38 etwa unter

»ι 22 bis 25° zur Achse 39 des Doms 29 angeordnet. Am schmalen Ende 27 des sich verjüngenden Streifens 26 liegt die Ecke des Streifens, die von der Längskante 38 und der Endkante 4-1 des Streifens gebildet ist, unnrU.jlbar an dem Dorn 29 an, und zwar gegenüber

ν· dem Anschlagklotz 37. In dieser Lage der Teile ragt der Dorn 29 über die entsprechende Kante des Anschlagklotzes 37 und die Ecke 41, 38 des Streifens um annähernd 2,5 cm vor. Bevor der Streifen 26 aus Kohlenstoffasern, die mit einem geeigneten Kunstharz

ld imprägniert sind, auf die Tischfläche 35 gelegt wird, ist der Schulzpapierüberzug 17 entfernt worden. Die klebrige Seite des Streifens 26 liegt flach auf der Tischfläche 35 und ist gegen ein Verrutschen durch die Klebrigkeit des Materials gesichert

h"> Aus der in Fig.5 gezeigten Lage wird der Dorn 29 auf der Tischfläche 35 in der durch den Pfeil gekennzeichneten Richtung gerollt, so daß der klebrige, sich verjüngende Streifen 26 aus Kohlenstoffasern sich

wendelförmig um den Dorn 29 wickelt, wobei die Ränder benachbarter Windungen aneinander anschließen (F ig. 6).

Fig.5 zeigt also die relative Lage des konischen Dorns 29 und des zugeordneten schrägen Streifens 26 aus Kohlenstoffasern vor dem Umwickeln. F i g. 6 zeigt die fertige Umwicklung der ersten Schicht. In F i g. 9 ist dargestellt, auf welche Weise das Umwickeln im Handbetrieb vorgenommen wird. Wie man sieht, wird der Dom 29 auf der Tischfläche 35 in einer solchen Richtung gerollt, daß das schmale Ende 27 des Streifens 26 an dem schmalen Ende 30 des konischen Dorns 29 mit dem Umwickeln beginnt. Beim Weiterrollen des Dorns 29 zu dem Arbeiter hin wickelt sich der Streifen 26 fortschreitend weiter, so daß die zunehmende Breite des sich verjüngenden Streifens 26 in Beziehung zu dem wachsenden Durchmesser des konischen Dorns 29 steht. vy^nn Hip Abmessungen des Dorns 29 und des sich verjüngenden Streifens 26 richtig aufeinander abge stimmt sind, stehen sie auch in richtiger Beziehung zu dem Winkel von 22-25° zwischen der Mittelachse 39 des Dorns 29 und der Kante 38 des Streifens 26, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist. Dieser Winkel, der auf die oben beschriebenen Abmessungen abgestimmt ist, bewirkt, daß die Steigung der wendeiförmigen Windungen solcher Art ist, daß die sich gegenüberstehenden Kanten des Streifens 26 eng aneinander zu liegen kommen. Diese Beziehung ist in F i g. 6 dargestellt.

Damit die Wicklungen des Streifens 26 auf der Außenfläche des Dorns 29 mit Sicherheit haften und genau in einer Ebene zueinander liegen, wird der Dorn 29 mit dem wendelförmig aufgewickelten Streifen 26 auf die Oberfläche 46 eines Tisches 47 an einer Rolleinrichtung 48 gelegi (Fig. 10 und 11). An der Rolleinrichtung

48 ist auch kopfseitig eine Platte 49 angebracht, die eine Rollfläche 51 hat, die unter Druck gegen das Gebilde 52 aus dem Dorn 29 und dem wendelförmig darauf aufgewickelten Streifen 26 gepreßt wird. Wie schematisch angedeutet ist, wird die Platte 49, nachdem das Gebilde 52 auf den Tisch 47 gelegt ist. in die gestrichelt angedeutete Stellung abgesenkt, so daß sie mit annähernd 0,35 at auf das Gebilde 52 drückt. Die Platte

49 und der Tisch 47 werden dann in entgegengesetzten Richtungen hin- und herbewegt, so daß der Dorn 29 mit dem Streifen 26 unter Druck zwischen diesen beiden Teilen gerollt wird. Dies bewirkt, daß der wendelförmig aufgewickelte Streifen 26 zusammengedrückt wird, bis er auf seiner ganzen Länge eine gleichmäßige Dicke hat und die Windungen des Streifens 26 eng aneinander liegen, so daß Snalte zwischen den einzelnen Windungen beseitigt sind.

Nachdem das Gebilde 52 auf dem Rolltisch zusammengedrückt ist, wird der Dorn 29 mit der einen Lage von Kohlenstoffasern wieder auf den Tisch 35 (F i g. 5) gelegt, diesmal jedoch mit vertauschten Enden in der in F i g. 7 gezeigten Lage, so daß das schmale Ende des Dorns 29 auf der linken Seite des Tisches liegt und gegen den Anschlagklotz 36 anliegt, während das breitere Ende gegen den Anschlagklotz 37 anliegt.

Der zweite sich verjüngende Streifen 53 des Kohlenstoffasermaterials (F i g. 7) wird auf der Tischfläche in der gleichen Weise wie der vorausgehende Streifen 26 angeordnet, d. h. unter einem Winkel von 22-25° zwischen der Achse 39 des Dorns und der nahen Kante 54 des Streifens, so daß beim Umwickeln wieder mit dem schmalen Ende des Streifens 53 begonnen wird und der Streifen 53 wendelförmig auf der bereits vorhandenen wendeiförmigen Lage, die von dem Streifen 26 gebildet ist, aufgewickelt wird. Außer der Anbringung der Schichten übereinander ist noch zu beachten, daß infolge der Vertauschung der Enden des Dorns der zweite Streifen 53 in einer zur Richtung der ersten Schicht 26 entgegengesetzten Richtung auf den Dorn aufgewickelt wird. Die Seitenkanten des Streifens 53 kreuzen also die Seitenkanten des vorher aufgewikkelten Streifens unter einem Winkel und diese gegensinnige Wickelweise der beiden abwechselnden ι Streifen mit in jedem der Streifen ununterbrochenem Faserverlauf ergibt einen fertigen rohrförmigen Körper, der in hohem Maße gegen Torsionsbeanspruchungen in beiden Richtungen widerstandsfähig ist.

Die Fig. 8 veranschaulicht die Arbeitsweise /ur , Herstellung eines sich verjüngenden rohrförmigen Körpers in 13 gesonderten Verfahrensschritten A-M. Darin zeigt der Verfahrensschritt A die Beziehung drs Dorns 29 und des ersten Streifens 26, die auch in F ι g. 5 veranschaulicht ist. Wenn dieser erste Schritt beendet , ist, wie dies in F i g. 6 und unter B in F i g. 8 gezeigt ist, wird «.!er mit einer ersten Lage langer Kohlenstoffasern umwickelte Dorn 29 auf den Rolltisch 47 nach F i g. 11 und 11 gelegt und die erste Lage mit den wendelförmig aufgewickelten Fasern wird auf dem Dorn 29 festgepreßt. Dieser Vorgang stellt sicher, daß die Kanten des aufgewickelten Streifens 26 eng aneinanderstoßen und keinen Zwischenraum zwischen sich lassen. Das zusammengepreßte Gebilde wird dann noch einmal auf den Wickeltisch gelegt, und zwar in der Orientierung , der Fig. 7, die auch in Fig. 8B gezeigt ist. Der zweite Streifen 53 wird dann über dem ersten Streifen 26 angebracht, wobei das Umwickeln in der entgegengesetzten Richtung vor sich geht. Auf diese Weise werden die erste und die zweite Lage der Kohlenstoffasern auf , dem Dorn gegensinnig angebracht, wobei der Dorn einen Kern für beide Lagen bildet. Nach dem Aufbringen des Streifens 53 als zweite Lage wird das Gebilde wieder auf den Rolltisch 47 gelegt und in der vorherbeschriebenen Weise zusammengepreßt.
ι An dem Verfahrensschritt B schließen sich die Verfahrensschritte Cund Dan, in denen die Streifen 56 und 57 in gleicher Weise, wie unter A und B dargestellt, aufgebracht werden. Die vorimprägnierten Streifen sind in dieser Phase des Verfahrens weich und schmiegsam und der durch den Rolltisch 47 aufgebrachte Druck, der die Streifen in beliebiger Richtung verschiebt, ist notwendig, um alle etwa während des Wickeins entstandenen Zwischenräume auszufüllen.

Selbstverständlich nimmt, beginnend mit dem Verfahrensschritt A und dem sich verjüngenden Streuen 26, der Konusdurchmesser des Kerns über die ursprünglichen Abmessungen des Dorns 29 zu, nachdem der erste Streifen 26 aufgewickelt ist. Wie bereits erwähnt, beträgt die Dicke des Streifens 26 annähernd 0,125 mm; nachdem der Streifen 26 auf den Dorn 29 aufgewickelt ist, wächst dadurch der Durchmesser des Dorns an jeder Stelle um annähernd 0,25 mm. Um sich dieser Zunahme des Dorndurchmessers anzugleichen, ist jeder nachfolgende Streifen, beginnend mit dem Streifen 53 für die zweite Lage auf dem Dorn, um annähernd 0,8 mm breiter als der vorausgehende Streifen, so daß die größere Breite des Kerns, auf den der nachfolgende Streifen wendelförmig aufgewickelt wird, kompensiert wird. Wenn der vierte wendelförmig gewickelte Streifen von Kohlensioffasem auf dem Dorn aufgewickelt ist, hat sich die Wandstärke auf annähernd 0,5 mm vergrößert.

Wie die Praxis in geeigneten Versuchen erwiesen hat,

ergeben die abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aufgewickelten Streifen, wie dies gemäß den VerfahrensschriMen A -Dangegeben ist, einen rohrförmigen Körper, der eine besondere Widerstandsfähigkeit gegenüber Torsionsbelastungen hat. Um den Körper auch gegenüber Biegebeanspruchung in Querrichtung widerstandsfähig zu machen, muß er noch mit einer v/eiteren Schicht in der Form eines langen sich verjüngenden Streifens 5* (F i g. 8E> wetaeiu der wie die m aus KOhfenstoffosern besteht, sich aber von der wendeiförmigen Umwicklung darin unterscheidet, daß die Längsabmessung des sich verjüngenden Streifens 58 in Längsrichtung des Dorns ausgerichtet wird.

Wie in F i g. 8E gezeigt, werden die beiden Kanten des sich verjüngenden Streifens 58 in Längsrichtung des Dorns zur Anlage aneinander gebracht, wobei der Streifen 58 über den vier früheren Lagen von wendelförmig aufgewickelten Kohlenstoffasern angebiacht wird. Wie die vorherigen Streifen, besteht auch der Streifen 58 aus langen Kohlenstoffasern, die in Längsrichtung angeordnet sind, und die Abmessungen des sich verjüngenden Streifens 58 sind so gewählt, daß die Seitenkanten des Streifens 58 sauber aneinanderstoßen, wenn der Streifen 58 um den Kern gelegt wird.

Nach Beendigung des Einhüllens in Längsrichtung, wie es durch den Verfahrensschritt £ veranschaulicht ist, wird das Gebilde wieder auf dem Rolltisch 47 (Fig. 10 und 11) zusammengepreßt, so daß die Längslage der Kohlenstoffasern auf den übrigen darunterliegenden Lagen festgepreßt wird. Dieses Zusammenpressen trägt zwar dazu bei, die Anzahl an Lücken in den Zwischenräumen zwischen den Kohlenstoffasern geringer zu machen, die Erfahrung hat jedoch erwiesen, daß es notwendig ist, an dieser Stelle eine noch besser definierte Preßkraft auf das mehrschichtige Gebilde auszuüben.

Dies geschieht durch strammes Wickeln eines Zellophanbandes 59 um das Schichtgebilde, wie dies in F i g. 8F veranschaulicht ist. Dieser Wickelvorgang wird in einer herkömmlichen Zellophanwickelmaschine ausgeführt, wobei die Spannung des Zellophanbandes 59 auf annähernd 45 bis 50 Pfund Zugkraft eingestellt wird. Das Zellophanband 59 hat eine Breite von annähernd 12 mm und wird über den fünften Streifen 58 mit einer kurzen Steigung gewickelt, so daß die aufeinanderfolgenden Windungen des Zellophanbandes 59 die jeweils vorausgehende Windung um annähernd 6 mm überlappen, wodurch eine doppelte Schicht von Zellophan auf der gesamten Länge der fünften Lage vorgesehen wird. Da das Zellophanband 59 unter Zug aufgebracht wird, preßt es die darunterliegenden Lagen noch weiter zusammen und quetscht sie, so daß das als Bindemittel dienende Kunstharz, das in der Masse der langen Kohlenstoffasern verteilt ist, alle etwaigen Zwischenräume und Lücken zwischen den einzelnen Fasern und zwischen den aufeinanderfolgenden Lagen mit Sicherheit ausfüllt Weiter hat dies auch noch den Effekt das Kunstharz zur Oberfläche der unmittelbar vorher auf den Dorn aufgewickelten Lage 58 zu bringen, so daß die nächsten Lagen nach der fünften Lage in unmittelbaren Kontakt mit dem Bindemittel kommen.

Nach Entfernen des Zellophanbandes 59 bleibt ein fest zusammengepreßtes und glattes Gebilde mit fünf Lagen aus Kohlenstoffasern zurück. Auf dieses Gebilde werden in der in den F i g. 8G bis J dargestellten Weise die Streifen 61,62,63 und 64 wendelförmig aufgebracht Hierbei werden die gleichen Verfahrensschritte wie unter A bis Ddurchgeführt.

Mit Beendigung des Verfahrensschrittes / der F i g. 8 ist der konische Stahldorn insgesamt mit 8 Lagen von langgestreckten Kohlenstoffasern wendelförmig umwickelt. Zwischen der vierten und der fünften wendeiförmigen Lage ist eine zusätzliche Zwischenlage angebracht, bei der die Kohlenstoffasern sich parallel zur Längsachse des Dorns erstrecken und mit den Fasern der wendeiförmigen Wicklungen einen Winkel

ίο bilden.

Nach Beendigung der achten und damit letzten wendeiförmigen Umwicklung wird über dieser letzten Schicht eine zehnte Lage angebracht, die aus einem langen sich verjüngenden Streifen 66 einer polierten

is Aluminiumfolie gebildet ist, deren Dicke annähernd 0,05 mm beträgt. Diese Lage wird um die letzte wendeiförmige Lage in Längsrichtung gehüllt, wie dies in dem Verfahrensschritt K angedeutet ist. Zu beachten ist, daß diese Lage einer Aluminiumfolie in der giciuncii Orientierung zu den wendelförmig gewickelten Lagen angebracht wird, wie der Streifen 58 im Verfahrensschritt EL Da sich der Durchmesser des Gebildes aus dem Dorn und den darüber angebrachten Lagen infolge der verschiedenen Kohlenstoffaserlagen vergrößert hat, wird der Streifen 66 derart bemessen, daß seine Seitenkanten nach dem Umhüllen des Dorns gemäß dem Verfahrensschritt K auf den darunterliegenden Schichten eng nebeneinander zu liegen kommen, so daß eine vollständige Hülle über den darunterliegenden Schichten gebildet wird.

Nach dem Aufbringen des in Längsrichtung orientierten Streifens 66 aus Aluminiumfolie wird das Gebilde wieder mit einem Zellophanband 67 umwickelt, wie dies in dem Verfahrensschritt L gezeigt ist. Wie früher wird der Zug am Zellophanband 67 auf annähernd 45 bis 50 Pfund eingestellt, und das Umwickeln erfolgt auf der Außenfläche des Streifens 66 aus Aluminiumfolie, die das darunterliegende Gebilde umgibt. Die Abmessungen des Streifens 66 sind derart gewählt, daß, wenn sie von dem Zellophanband 67 umwickelt wird, ihre Seitenkanten sich nähern und sauber aneinanderstoßen, so daß eine vollständige Hülle entsteht, die die unteren Schichten aus Kohlenstoffasern umhüllt.

Durch die polierte Glätte der Aluminiumfolie erhält auch die Außenfläche der letzten Lage 64 der wendelförmig auf dem Dorn aufgewickelten Kohlenstoffasern eine Glätte, die auf andere Weise nicht erreichbar wäre. Außerdem bildet die in der beschriebenen Weise mit dem Zellophanband 67 unter Zug

so umwickelte Aluminiumfolie eine Hülse um die Außenfläche der letzten darunterliegenden Lage, die eine Ausweitung der Lagen in Querrichtung während der restlichen Verfahrensschritte verhindert Das auf solche Weise mit dem Zellophanband umwickelte Gebilde ist in der Skizze Min F i g. 8 dargestellt

An dieser Stelle des Verfahrensablaufes werden eine Reihe von Dornen mit den darauf angebrachten Lagen von Kohlenstoffasern und umgeben von einer Aluminiumhülse, die darauf durch ein Zellophar.band 67 festgehalten ist gesammelt und in der in Fi g. 12,13 und 15 veranschaulichten Weise auf einem geeigneten Gestell 71 befestigt. Das Gestell 71 weist einen stützenden Pfosten 72 und ein unteres Rahmenteil 73 auf, das mit Rädern 74 ausgerüstet ist, so daß das gesamte Gestell, das mit einer Vielzahl von Dornen beladen ist, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist in einen geeigneten Ofen 76 gerollt werden kann. Der Ofen 76 wird vorerhitzt und die umwickelten Dorne werden

darin ungefähr eine halbe Stunde lang aufgehängt.
Am Ende dieser Zeitspanne ist die Wärme des Ofens

76 durch das umgebende Zellophanband 67 und die Aluminiumfolie gedrungen und auch durch die wendeiförmigen Wicklungen der darunterliegenden Kohlenstoffasern. Das Kindringen der Wärme in diesen Körper wird auch noch durch die Tatsache unterstützt, daß das untere Ende und das obere Ende des Doms 29 der Wärme frei ausgesetzt sind. Auf diese Weise wird die Wärme gleichmäßig über den ganzen Körper verteilt, und zwar von außen durch die Aluminiumfolie und von innen her vom Dorn 29 aus. Nach einer halben Stunde wird die Temperatur des Ofens 76 auf die Aushärttemperatur erhöht, und die aufgehängten Dorne bleiben eine weitere Stunde lang in dem Ofen 76. Nach Ablauf dieser Zeitspanne werden die gehärteten Dorngebilde aus dem Ofen 76 entfernt, wie dies in F i g. 13 gezeigt ist, wozu das gesamte Gestell 71 aus dem Ofen 76 herausgeroüt wird.

Bei dem Aushärten kommt es zu einer geringfügigen Expansion des Bindemittels, in das die Kohienstoffasern eingebettet sind. Der durch eine solche Expansion des Bindemittels hervorgerufene Innendruck gewährleistet weiter, daß alle Zwischenräume zwischen den einzelnen Fasern in den verschiedenen Lagen vollständig mit dem Bindemittel ausgefüllt werden, so daß es in dem fertigen Hohlkörper keine Hohlräume mehr gibt. Derartige Hohlräume würden nämlich einen schwachen Punkt in der Wand des rohrförmigen Körpers bilden, der zu einem Bruch des hohlen Schaftes beim Einwirken von Belastungen in Querrichtung oder in Drehrichtung führen kann.

Nach dem Abkühlen des nun wärmegehärteten Körpers werden die umhüllten Dorngebilde einzeln zugeschnitten, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist. Das Zuschneiden geschieht in der Weise, daß das breite Ende 32 des Doms 29 in ein geeignetes Spannfutter 77 eingespannt wird, das mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor verbunden ist, so daß der Dorn 29 gedreht wird, wobei sein schmales Ende 30 in einer Lagerstütze 78 ruht Während der Dorn 29 rotiert, wird eine Schneide 79 am breiten Ende der mehrfachen Umwicklung nächst dem Befestigungsteil 32 des Doms 29 angesetzt, und es wird ein Druck ausgeübt, bis die Schneide 79 die äußere Lage aus Zellophan und die darunterliegende Lage aus Aluminium durchschnitten hat. Aufgrund der außerordentlichen Härte des darunterliegenden, gehärteten Kohlenstoffasergebildes beschädigt die Schneide die Oberfläche des gehärteten Körpers nicht.

Bei diesem Zuschneiden bleibt das Stück des noch umhüllten zusammengedrückten Körpers, der eine Länge von etwas mehr als 122 cm hat, auf dem Dorn 29. Nach Beendigung des in F i g. 14 dargestellten Zuschneidevorganges wird der Dorn 29 mit dem darauf befestigten rohrförmigen Körper von dem Spannfutter

77 weggenommen, und der sich verjüngende rohrförmige Körper wird vom Dorn 29 abgezogen.

Nach dem Abziehen des rohrförmigen Körpers von dem Dorn 29 werden die beiden äußeren Schichten aus Zellophan und Aluminiumfolie mit einem geeigneten Mittel, beispielsweise mit einem Messer 81 (Fig. 16) abgezogen. Es hat sich herausgestellt, daß die darunterliegenden Schichten aus wärmegehärteten Kohlenstoffasem gegenüber dem beim Entfernen der beiden äußeren Schichten angewendeten Schaben oder Kratzen mit dem Messer vollständig unempfindlich sind. Dagegen nützt sich meistens die Messerschneide aus Stahl durch das fortgesetzte Schleifen auf der Oberfläche des Kohlenstoffkörpers 82 rasch ab.

Nachdem die beiden Außenlagen aus Zellophan und Aluminiumfolie entfernt sind (F i g. 16), wird der Körper 82 auf die richtige Länge zugeschnitten, was in Fig. 17 gezeigt ist. Die Länge wird entsprechend der gewünschten Flexibilität bemessen. Diese Möglichkeit der Steuerung der Flexibilität des Körpers 82 kommt noch zu der dem Körper 82 eigenen Flexibilität hinzu, die

to dem Körper 82 durch die Anzahl der wendelförmig gewundenen und der längslaufenden Lagen von Kohlenstoffasern erteilt worden Ist.

Nach dem Zurechtschneiden der Länge gemäß Fig. 17 wird jeder Körper 82 in eine spitzenlose Schleifvorrichtung 83 gemäß Fig. 18 gebracht. Dort wird von dem Körper 82 eine dünne Schicht der äußeren Kruste entfernt, so daß eine außerordentlich gleichmäßige Oberfläche zustande kommt. Nach dem spitzeniosen Schienen wird jcuci Kui'pci' 82 in einen Sah glit, der in Fig. 19 gezeigt ist und der mit einem länglichen Behälter 86 ausgerüstet ist, der an der einen Seite des Sammelkorbes 84 befestigt ist. Der Behälter 86 ist bis zu einer bestimmten Höhe 87 mit einem katalysierten Polyurethanlack gefüllt, so daß, wenn ein Körper 82 m den Behälter 86 eingetaucht wird, bis er am unteren Ende anstößt, nur ein kurzes Stück des breiten Endes des Körpers 82 von dem Polyurethanlack frei bleibt Es hat sich herausgestellt, daß es nicht notwendig ist, die innere Bohrung des hohlen Körpers

JO 82 zu überziehen. Um zu verhindern, daß Polyurethanlack in die Innenbohrung des Körpers 82 vordringt, deckt der Arbeiter, der diesen Verfahrensschritt durchführt, das offene Ende des Körpers 82 mit einem Finger ab, so daß Luft in dem Körper 82 eingesperrt ist

J5 und das Eindringen des Polyurethanlackes verhindert.

Nach dem Eintauchen bis zur vorgegebenen Tiefe wird jeder Körper 82 aus dem Behälter 86 herausgenommen und auf ein Pflockbrett 88 (F i g. 20) gesteckt Das Pfiockbrett 88 ist mit einer Vielzahl hochstehender Pflöcke 89 versehen, auf die das offene schmale Ende des frisch getauchten Körpers 82 aufgespießt wird. Die Pflöcke 89 sind zweckmäßigerweise etwa 7,5-10 cm lang und haben einen solchen Durchmesser, daß sie leicht in das offene schmale Ende des hohlen Körpers 82 eindringen. Auf dem Pflockbrett 88 läßt man die Körper 82 in Luft trocknen. Um die Trockenzeit abzukürzen, können die Pflockbretter 88 mit den frisch getauchten aufgespießten rohrförmigen Körpern 82 auch in einem Ofen oder durch einen Heißluftstrahl erhitzt werden.

so Nach dem Trocknen wird jeder Körper 82 noch einmal durch eine spitzenlose Schleifvorrichtung 83 geführt, wie dies in Fig.21 angedeutet ist. Dieser Vorgang unterscheidet sich von dem spitzenlosen Schleifvorgang, der oben in Verbindung mit Fig. 18 erwähnt wurde, darin, daß die Schleifelemente 91 und 91' Feinschliffqualität besitzen im Gegensatz zu den Grobschliffelementen des früheren Schleifvorganges. Auf diese Weise erhält die Außenfläche der ersten Polyurethanschicht über den Kohlenstoffasern eine außerordentlich glatte Beschaffenheit

Um der Außenfläche eine besonders feine Politur zu verleihen, wird jeder Körper 82 nach dem Polieren gemäß Fig.25 noch einmal in den Behälter 86 eingetaucht um so über der ersten Polyuretiianlack-

o> schicht noch eine zweite vorzusehen. Der frisch getauchte Körper wird dann wieder auf das Pfiockbrett 88 gesteckt und in einer möglichst reinen Atmosphäre getrocknet, um zu verhindern, daß an der feuchten

Oberfläche des Polyurethanlackes Verunreinigungen der Luft haften bleiben.

Nach !Beendigung dieser Verfahrensschritte hat der fertige konisch rohrförmige Körper 82 das Aussehen gemäß Fig.23 und eine Wandstärke von 1,0 -1,5 mm, je nach der Anzahl von Lagen, die auf den Dorn aufgewickelt wurden, und je nach der Reihenfolge, in der die Lagen der Kohlenstoffasern angebracht wurden. Je nach der Anordnung dieser Lagen hat er eine vorgeschriebene Widerstandsfähigkeit gegen Biegekräfte, die quer zu seiner Längsachse ausgeübt werden, und Widerstandsfähigkeit gegenüber Torsionskräften um seine Achse. Nach Fertigstellung des rohrförmigen Körpers hat die erste Lage des Polyurethanlackes, die auf dem nacicten Körper angebracht wird, eine Dicke von annähernd 0,025-0,051 mm und füllt alle Poren aus.

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Anhand der Fig.24 und 25 werden die speziellen Abmessungen des konischen rohrförmigen Körpers angegeben, dessen Herstellung anhand des Ausführungsbeispiels dargestellt wurde. Die gesamte Wandstärke des Körpers gemäß Fig. 24 beträgt ungefähr 1,5 mm, wobei zwischen 0,05 und O.lOiiim seiner Wandstärke von den beiden äußeren Schichten des Polyurethanlackes eingenommen werden. In der fertigen Ausführung beträgt das breite Ende des bearbeiteten Körpers, der auf annähernd 122 cm in der Länge zugeschnitten ist, annähernd 16 mm im Durchmesser, während der Durchmesser des schmalen Endes annähernd 7,3 mm hat. Das Gewicht des auf diese Weise hergestellten Körpers bewegt sich ungefähr im Bereich von 50% des Gewichts eines Stahlschafts mit vergleichbaren Festigkeitseigenschaften.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen oder konischen rohrförmigen Körpers, wobei mehrere Schichten von mit warmhärtendem Kunststoff imprägnierten Kohlenstoffasern auf einen Dorn aufgebracht werden, der Kunststoff unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet und der Dorn aus dem Körper entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu Streifen zusammengefaßte Fasern lagenweise mit wechselnder Wickelrichtung und ununterbrochen über die gesamte Rohrlänge wendelförmig mit einem Winkel von 22 bis 25° gegen die Körperachse aufgewickelt werden, der Wickelkörper vor dem Aushärten mit einer metallischen Hülle umgeben und diese nach dem Aushärten wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi jede Faserlage nach ihrem Aufbringen auf den Dorn durch einen Walzdreck verfestigt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Hülle eine Aluminiumfolie verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche des Körpers nach dem Entfernen der metallischen Hülle geschliffen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche des Körpers nach dem Entfernen der metallischen Hülle mit mindestens einer PoJvurethan-Lackschicht überzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die wendelförmig gewickelten Faserlagen an beliebiger Stelle in Längsrichtung verlaufende Kohlenstoffaserstreifen aufgebracht und durch straffes wendeiförmiges Darüberwickein eines Zellophanbandes angepreßt werden und das Zellophanband vor dem Aufwickeln der nächsten Lage wieder entfernt wird.

7. Verwendung des nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten konischen rohrförmigen Körpers als Schaft eines Golfschlägers, wobei der Schlägerkopf am dünneren Ende des Schaftes angebracht wird und das Gewicht des Schaftes annähernd 35% des Kopfgewichts beträgt.

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