DE2500375A1

DE2500375A1 - Faserverstaerkter kunststoffstab mit gewinde und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2500375A1
Application number: DE19752500375
Authority: DE
Inventors: Karl Ditsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-07
Filing date: 1975-01-07
Publication date: 1976-07-08

Description

Faserverstärkter Kunststoffstab mit Gewinde und Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei einer Anzahl von Anwendungen ist cr erwünscht, Ne-tlstbe durch Kunststoffstäbe zu ersetzen. Dies ist bei-rielsweise wegen der elektrischen Isolierfähigkeit und der nichtmagnetischen Eigenschaften von Kunststoff beim usammenbau von Blechpaketen fr Elektromotore, Transformatoren u.
üblich. Die mechanischen Eingenschaften wie hohe Zufestigkeit, Oberflächenhärte und Biegefestigkeit von Stahlstäben werden vom unbewehrtem Kunststoff nicht erreicht. Ledigl ich bei Verwendung von faserbewehrten Kunststoffen, insbesondere von glasfaserverstärkten Polyesterharzen, können annähernd gleiche mechanische Festigkeiten tiie bei Stahl erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der VeflJendung von Kunststoffstäben gegenüber Metallen ist durch die Korrosionsizest'-'ndigkeit gegeben. Es sind deshalb schon Versuche unternommen worden, glasvaserbewehrte Kunststoffstäbe als Bewehrungs-"Eisen" und als Schalungsverankerung im Detonbau anstelle von Betonstahl zu verwenden.
Der Anwendung von faserbewehrten Kunststoffstäben vorwiegend als Zugelemente sind aber bisher Grenzen gesetzt, weil die bekannten Kunststoffstäbe mit Faserbewehrung eine sehr glatte Oberfläche aufweisen und daher an ihren Enden nicht oder nur unzureichend eingespannt werden können. Infolge der glatten Flächen der Fasern, insbesondere von Glasfasern, rutschen Klemm- oder Keilverbindungen auf den Stäben ab.
Es ist zwar möglich, solche Stabs gemäß Fig. (1) mit Gewinde oder mit Kerben zu versehen, um so einen Endanschlag zur Festlegung zu erzielen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Zugfestigkeit stark verringert wird. Bei glasfaserbewehrten Kunststoffstäben werden häufig kurze Glasfaserschnitzel als sog. "Rovings" in den Kunststoff eingemischt. In diesem Fall erfolgt die Übertragung der Zucjkräfte über den Kunststoff, von einem Glasfaserschnitzel zum nchsten, Die Zugfestigkeit ist höher als bei unbewehrtem Kunststoff. Wenn nun auf einem Stab mit gegebenem Durcnmesser Kerben oder Gewinde eingeschnitten werden, verbleibt nur der Kernquerschnitt des Stabes als tragender nuerschnitt. Zudem ist die Kräfteübertragung von den angeschnittenen Gewindeflanken auf den Kernnuerschnitt unzureichend.
Zur -lerstellung von Kunststoffstaben hoher Fugiestitteit werden fernerhin Glasfaserbündel mit großer Länge der Fasern verwendet, gelegentlich auch gewebte Glasfasermatten oder Glasfaserschläuche. Der Faseranteil ist zur Erzielung höchster Zugfestigkeit hoch, beispielsweise 50 % des Volumens, und die Kunststoffnenge vorzugsweise gerade nur so hoch, daß ein einwandfreier Verbund zwischen den einzelnen benachbarten und auch überlappend gestossenen Glasfasern des Bündels bewirkt wird. Wenn ein derartig aufgebauter faserbewehrter Kunststoffstab mit Kerben oder geschnittenem Gewinde versehen wird, werden die einzelnen längs verlaufenden Glasfasern zerschnitten. Die Übertragung der Zugkraft folgt dann auch hierbei nur noch über den Verbund des Kunststoffs auf die im Kern befindlichen Glasfasern. Damit wird der Querschnitt des gegebenen Stabs ebenfalls wieder sehr geschwächt und das Material nicht ausgenutzt, da im höchst beanspruchten Gewinde-Flankenbereich die längs verlaufenden Glasfasern zerschnitten sind und die Zugkräfte dann nur auf Scherung über den Kunststoff an die im Kern verbleibenden unzerschnittenen Glasfasern eingeleitet werden.
Es wäre zwar möglich, die Enden solcher faserbewehrten Kunststoffstäbe bei der Herstellung mit einem Kopf als Anschlag zu versehen, ohne dabei die inliegenden Glasfasern zu zerschneiden. Dies hat aber den Nachteil, daß dann nur Stäbe mit bestimmter Länge hergestellt werden können. Der Anwendungsbereich wird zusätzlich dadurch eingeengt, daß die dickeren Kopfstücke nicht mehr durch eine Öffnung gegebener Größe hindurch geführt werden können.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, einen faserbewehrten Kunststoffstab ohne 7erschneiden der Fasern mit Kerben oder Gewinde zu versehen. Diese Kerben oder Gewinde können auf der ganzen Länge des Stabs oder nur in einem Teilbereich angeordnet sein.
Hierzu wird vorgeschlagen, Fasern möglichst großer Lunge bündelweise mit Kunststoff zu tränken, oder Streifen gewobener Glasfasermatten oder -Schlruche mit Kunststoff zu tränken und dann in eine Pressenform einzulegen, welche die gewünschte negative Form der Kerben oder des Gewindes aufweist.
Fig. 2 zeigt eine vorschlagsgemäße Pressform, aus zwei Hälften, vorzugsweise aus Metalle bestehend und mit einem Trennmittel versehen. Die Pressenform weist die gewünschte Oberflrche des Stabs als Negativ auf, vorzugsweise ein Gewinde.
Der vorbereitete Faserstrang wird in getrmnktem Zustand als Rohling größerer Länge als die Länge der Presseform eingelegt, vorzugsweise nach teilweiser Härtung des Kunststoffs im plastischen Zustand. Beim Zusammendrücken der oberen und unteren Hälfte der Presseform folgen die im plastischen Kunststoff eingebetteten Fasern dem Oberflächenverlauf der Pressenform weitgehend. Die Gesamtlänge des Rohlings verkürzt sich dabei um 10-20 %, je nach dem Kerndurchmesser-/ Gewindeflanken-Verhältnis. Der so verformte Rohling kann im gepressten und weiter ausgehärtetem 7ustand herausgenommen werden und mit oder ohne weitere Wärmezufuhr endgültig außerhalb der Pressenform nachhärten. Die überstehenden Enden des Rohlings können dann abgeschnitten werden.
Versuche haben gezeigt, daß die ursprünglich längs verlaufenden Fasern des Rohlings in der Pressenform weitgehend dem Verlauf der Gewindeflanken folgen, insbesondere dann, wenn statt Gewinden-mit steilen und scharfkantigen Flanken weichere Übergänge gewählt werden, insbesondere sogenannte "Rundgewinde" oder "Kordelgewinde". Die Glasfasern auf der Außenseite des Strangs folqen dem Verlauf der negativen Pressenform willig, in der e der Oberfl;che nahezu vollstrindiq, und in geringerem Naße nach innen zu, mit abnehmender Welligkeit. In Kernmitte werden die Fasern nicht mehr in ihrer Lage ver ndert, sondern beharren in der gestreckten Laqe.
tim den Verlust von Fasermaterial durch Abschneiden der an den Enden der Pressenform überstehenden Stücke zu begegnen, wird vorgeschlagen, bei "endloser" Fertigung der Rohlinge die unteren Faserstrnge über federbelastete Umlenkrol3en so zu führen, daß die für den wellenartigen Verlauf der äußeren Strenge der Fasern erforderlicheqrößere Lange von Fasern gegenüber den im Kern gestreckten verbleibenden Fasern ohne Naterialverlust zugeführt werden kann.
Die Zugfestigkeit der so hergestellten faserbewehrten Stäbe ist im Bereich der Gewindeflanken ans herd gleich hoch wie bei einem glatten Stab. Dem verbleibenden Festigkeitsverlust im Gewindebereich kann dadurch begegnet werden, daß zum Spannen der Stäbe Muttern mit größerer als üblicher Gewindelänge verwendet werden, sodaß deren Flankenbelastung geringer als die höchstmögliche ubclasunq des Kernauerschnitts ist.
Ein zweites Verfahren zu Ausbildung eines Gewindes auf einem faserbewehrtem Stab ist in Fig. 3 dargestellt. Der Stabrohlinq ist hierbei wiederum als faserbewehrter Rohling in bekannter Form hergestellt. Im noch nicht ausgehärteten Zustand wird dieser Stab auf einer Seite eingespannt und auf der anderen Seite in einer rotierenden Spannzange aufgenommen. Hierbei wird der Stab verdrillt. Dabei werden alle Glasfasern des eingehetteten Strangs mit verdrillt, und die Gesamtlänge des Rohlings wird entsprechend verkürzt. Nach dem Verdrillen lässt man den Stab in diesem Zustand aushärten, vorzugsweise unter Wärmezufuhr.
Das zweite Verfahren eignet ich auch Dir die "endlose Fertigung", wobei einem Strangprsesen-Mundstück der Fasernstrang und flässiger bzw. plastischer Kunststoff ständig zugerführt wird, und nach dem Austritt aus dem Munstick durch eine rotierende und sich dabei vom Mundstück entfernende Spannzange verdrillt wird. Dns Verdrillen kann in einem eiztunnel erfolgen, so daß der verdrillte Stab am Ausgang der Meizstrecke ausgehärtet austritt.
Innerhalb der Heizstrecke können weitere Führungen und Kalibrierformen in der von Strangpressen her bekannten Weise angeordnet sein.
Beliebige Gewindeformen ein- und mehrgängiger Art können durch entsprechende Querschnittswahl des Rohlings vor dem Verdrillen erzielt werden, so Rechteck-, Dreieck-oder Sternform mit aeraden oder g-rundeten Kanten, und beliebige Gewindesrteigungen durch entsprechende Wahl von Rotations- und Vorschubgeschwindkeit.
Die nach dem weiten Verfahren durch Verdrillen hergestellten Stäbe weisen ebenfalls sine große Zuctfestigkeit auf. Dank des hohen Faseranteils verbleiben in dem verdrillten Stab nur kleinere Zonen von reinem, ausgehärtetem Kunststoff. Des Zonen werden bei der Zugbeanspruchung der einqebetteten Fasern auf Druck belastet. Die Streckgrenze der Stäbe erreicht daher nahezu die gleichen Werte wie ein Stahlstab mit vergleichbarer Bruchgrenze.
Für die Wahl der Fasern - aus Glas oder anderen zugfesten Stoffen - sowie des Kunststoffes als Polyesterharz oder anderen Kunststoffen, sowie in dem Verhältnis zwischen Fasern-und Kunststoffanteil sind eine Vielzahl von Kombinationen, je nach Anwendungszweck, möglich. Die so hergestellten Gewindestäbe hoher Festigkeit finden Anwendungen in der Elektrotechnik, im Bauwesen und in vielen anderen gebieten, in denen elektrische Isolierfähigkeit, oder Korrosionfestigkeit, oder nichtmagnetische Eigenschaften oder eine Kombination dieser Eigenschaften gleichzeitig mit hoher ugfestiqkeit und einer einfachen Spannmöglichkeit angestrebt werden.

Claims

PatentansDriche

1) Faserbewehrter Kunststoffstaß, vorzugsweise ein mit langen Glasfasern bewehrter Polyes terharzs tab mit einem Gewinde auf volle Länge oder auf einem Teil des Stabs, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde spanlos ohne werschneiden der Glasfasern geformt ist.

2) Verfahren zur Verstellung eines Stabs nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasfaserstrang mit Kunststoff aetrnkt und in eine Pressenform aus zwei Teilen mit der negativen Form eines Gewindes eingelegt und gepresst sowie in dieser Form ausgehtrtet wird.

3) Verfahren zur Herstellung eines faserbewehrtem Kunststoffstabs gemäß Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Kunststoff getr;-nktes Glasfaserbündel mit vorzugsweiser rechteckiger, dreieckiger oder sternförmiger Ausgangsform des teilweise ausgehrteten Stabs in plastischen Zustand verdrillt wird, und in dem verdrillten Zustand aushärtet.

4) Verfahren nach Anspruch 3), dadurch gekennzeichnet, daß ein Faserstrang unter gleichzeitiger Zuführung von Kunststoff durch ein formgebendes Mundstück gepresst wird und der mit definiertem Querschnitt austretende Strang nach teilweiser Aushärtung in noch plastischen Zustand verdrillt wird.