DE3407229A1

DE3407229A1 - Mit einem innengewinde versehenes faserverstaerktes kunststoffelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3407229A1
Application number: DE19843407229
Authority: DE
Inventors: Kenji Kikuzawa; Yukio Moriyama Shiga Otaki
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd; Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1984-09-20
Also published as: FR2541620B1; DE3407229C2; FR2541620A1; US4568582A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement, das einen Hohlkörper und ein an der Innenfläche der Bohrung des Hohlkörpers angeformtes Gewinde aufweist. Die innere Struktur des Elements zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein sich kreuzendes Paar von vereinigten, kunstharzimprägnierten Stranggruppen in im wesentlichen senkrechter Stellung zur Achse des Elements angeordnet sind.

Metalle oder Metallegierungen, wie Eisen und rostfreier Stahl, werden in grossem Umfang als Ausgangsmaterialien zur Herstellung von mit Gewinden versehenen Elementen, wie Bolzen und Muttern, verwendet. Metallbolzen und -muttern werden als Befestigungsmittel für verschiedenste Anwendungszwecke, angefangen von der Herstellung von Spielzeug bis zum Zusammenbau von grosstechnischen Anlagen, verwendet. Jedoch lassen sich bei der Verwendung von Metallbolzen und -muttern bestimmte ernste Probleme nicht vermeiden. Ein derartiges Problem liegt in der Korrosion. Metallbolzen und -muttern werden häufig in korrodierender Umgebung verwendet. Die Verwendung von Metallbolzen und -muttern in chemischen Anlagen, Anlagen zur Behandlung von Wasser oder Abwasser und dergleichen bringt oft ernste Gefahren mit sich. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass Metallbolzen und -muttern zur Verwendung für mit Meerwasser in Berührung kommende Bauten, z.B. beim Schiffsbau, beim Bau von künstlichen Reefs und dergleichen, ungeeignet sind, da die Schrauben aufgrund

des ständigen Kontakts mit dem Meerwasser zerstört werden. Eine weitere Hauptschwierigkeit liegt in der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Metallbolzen und -muttern. Es gibt eine Reihe von Anwendungsgebieten, bei denen man Bolzen und Muttern braucht, die thermisch und elektrisch nicht leitfähig sind. Spezielle Beispiele für derartige Anwendungsgebiete sind die Herstellung von schweren elektrischen Vorrichtungen oder Ausrüstungen und der Bau von elektrisch betriebenen Transportvorrichtungen, wie

,Q elektrische Lokomotiven, Zugwägen für Strassenbahnen und dergleichen. Für derartige Anwendungszwecke müssen Metallbolzen und -muttern mit einem isolierenden Material beschichtet werden. Jedoch haben sich die z.Zt. verwendeten isolierten Metallbolzen und -muttern in verschiedenen Belangen als unzureichend erwiesen.

Was die Verwendung von korrosionsbeständigen Metallen, die sich als Ausgangsmaterial für Bolzen und Muttern eignen, betrifft, ist es bekannt, dass Titan ein Metall dar-

_on stellt, das eine relativ hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Aufgrund seines geringen spezifischen Gewichts gilt Titan als geeigneter Werkstoff zur Herstellung von Bolzen und Muttern. Jedoch ist Titan nicht nur teuer, sondern auch schlecht zu bearbeiten. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Bolzen und Muttern aus Titan auf spezielle Anwendungsgebiete, beispielsweise auf die Luftfahrtindustrie ,beschränkt. Was nicht-leitfähige Bolzen und Muttern betrifft, wurden im Zuge des raschen Fortschritts der keramischen Industrie in letzter Zeit Bolzen und Muttern aus keramischen Werkstoffen vorgeschlagen. Jedoch können bisher keine zufriedenstellenden Bolzen und Muttern aus keramischem Material hergestellt werden.

Um die Schwierigkeit mit der Korrosion zu überwinden, __ wurde die Herstellung von Bolzen und Muttern aus Kunstharzen vorgeschlagen. Derartige Kunstharzbolzen und -muttern weisen jedoch im Vergleich zu entsprechenden Metallelementen eine sehr geringe mechanische Festigkeit

auf, so dass sie keinen echten Ersatz für Metallbolzen und -muttern auf den Anwendungsgebieten, bei denen es auf eine hohe mechanische Festigkeit ankommt, darstellen. Daher ist die Verwendung von Kunstharzbolzen und -muttern auf Gebiete beschränkt, bei denen die Korrosionsbeständigkeit eine starke Rolle spielt, aber die mechanische Festigkeit nicht wichtig ist.

Bei der Herstellung von schweren elektrischen Vorrichtungen oder Ausrüstungen, bei denen Bolzen mit hoher mechanischer Festigkeit und guten Isolierungseigenschaften erforderlich sind, wurden Bolzen aus faserverstärkten Kunststoffen vorgeschlagen. Herkömmliche faserverstärkte Kunststoffmuttern werden im allgemeinen nach folgendem Verfahren hergestellt:

Ein Gärngewebe aus Glasfasern mit einer Dicke von 0,1 bis 0,25 mm wird mit einem Kunstharz imprägniert. Das kunstharzimprägnierte Garngewebe wird sodann ausgepresst, indem man es durch Walzen laufen lässt, so dass der Glasfasergehalt auf etwa 60 Gewichtsprozent eingestellt wird. Anschliessend wird das kunstharzimprägnierte Gewebe so behandelt, dass das Harz halb gehärtet wird. Auf diese Weise erhält man ein halbstarres, im wesentlichen nicht-klebriges Material (Prepreg). Eine Mehrzahl von (mehrere 10) derartigen Prepregs werden in einem Formhohlraum gestapelt und sodann unter Erhitzen verpresst. Auf diese Weise erhält man einen plattenartigen Gegenstand. Aus dem plattenartigen Gegenstand werden sodann Stücke von bestimmter Form und bestimmten Abmessungen herausgeschnitten. Anschliessend wird eine Bohrung angebracht und mit einem Gewinde versehen. Auf diese Weise erhält man eine Mutter. Beim vorgenannten Verfahren, bei dem ein Garngewebe mit einer Dicke von 0,1 bis 0,25 mm verwendet wird, lassen sich keine Muttern mit ausreichender mechanischer Festigkeit herstellen, wenn nicht ein Gewinde mit einer Teilung von 1 bis 2 mm vorgesehen wird. Im Fall von Muttern, deren Gewinde mit einer Teilung von 1 bis 2 mm versehen ist, können die Garngewebe mit einer Dicke von jeweils 0,1 bis

0,25 sich in die einzelnen Gewindegänge erstrecken, so dass sich eine Verstärkung des Gewindes erreichen lässt. Muttern mit einem eine Teilung von 1 bis 2 mm aufweisenden Gewinde eignen sich zur Verbindung mit Bolzen der Grosse M10 bis M25 (Grossen gemäss der japanischen Industrienorm BO 205) oder darüber, deren Gewinde eine Teilung von 1 bis 2 mm aufweist. Dies bedeutet, dass mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren Muttern von ausreichender Festigkeit nur dann erhalten werden, wenn diese Muttern sich zur Aufnahme des Gewindebereichs von Bolzen der Grossen M10 bis M25 oder darüber eignen. Ferner weist dieses Verfahren folgende Nachteile auf: Es ist schwierig und zeitaufwendig, in einem Formhohlraum eine grosse Anzahl (im allgemeinen 30 bis 80) Prepregs vor dem Pressen zu stapeln. Ferner ist es erforderlich, teures Garngewebe zu verwenden. Daher ist es bei diesem herkömmlichen Verfahren nicht möglich, Muttern von hoher mechanischer Festigkeit billig und mit hoher Produktivität herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement bereitzustellen, das eine hohe mechanische Festigkeit besitzt und sich einfach, billig und mit hoher Produktivität herstellen lässt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich durch die in den Patentansprüchen definierten Kunststoffelemente, die nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrösserte, teilweise Draufsicht einer folienartigen Formmasse, aus dem sich ein erfindungsgemässes, mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement herstellen lässt;

Fig. 2 eine vergrösserte, teilweise Draufsicht, die eine

bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäss angewandten Schichtstoffbildung erläutert, wobei ein Paar von folienartigen Formmassen so zu einem Schichtstoff verarbeitet werden, dass die Stränge der Faserfäden von im Schichtstoff benachbarten Formmassen sich untereinander in einem Winkel von 90° kreuzen;

Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt eines erfindungsgemässen, mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelements;

Fig. 4 einen Aufriss eines Dorns mit Bändern von Faserfädensträngen, die teilweise auf den Dorn aufgespult sind, wobei ein Zwischenstadium im Verlauf des schraubenförmigen Aufspulvorgangs gezeigt ist;

Fig. 5 einen Aufriss eines Dorns, auf dem ein vollständiges Muster von Bändern der Faserfadenstränge ausgebildet ist;
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Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht einer Fadenaufspulmaschine, die für das erfindungsgemässe Verfahren geeignet ist;

Fig. 7 eine teilweise Draufsicht eines Dorns, der mit einer Mehrzahl von Stiften versehen ist;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung der Zugfestigkeit eines Elements mit Innengewinde; und

Fig. 9 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zur Messung der Scherfestigkeit eines Elements mit Innengewinde.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement,

das einen Hohlkörper mit einem Körperbereich, einer zentralen Bohrung, die aus einem im Innenbereich gebildeten und längs der Achse des Elements verlaufenden Hohlraum besteht, und einem am Körper an der Innenfläche der zentralen Bohrung angeformten Gewinde umfasst, das dadurch gekennzeichnet ist,

- dass der Körperbereich mindestens eine Schicht aus folgender Gruppe aufweist:

(I) eine Schicht mit einer Mehrzahl von kunstharzimpragnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen,

(II) eine Doppelschicht mit einer ersten Schicht aus einer Mehrzahl von kunstharzimpragnierten, im

wesentlichen parallel angeordneten Strängen und eine zweite Schicht aus einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht so aufeinander gestapelt

sind, dass-die kunstharzimprägnierten Stränge der ersten Schicht sich mit denen der zweiten Schicht in einem durch die Beziehung 0<.oc^90° definierten Winkel (oC) kreuzen, und

(III) eine Fischgrätmusterschicht mit einer Mehrzahl von ersten Stranggruppen, die jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfassen, und eine Mehrzahl von zweiten Stranggruppen,

die jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimpragnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfassen, wobei die ersten Stranggruppen mit den zweiten Stranggruppen eine Fischgrätmusterstruktur bilden, bei der die

ersten Stranggruppen sich mit den zweiten Stranggruppen in einem durch die Beziehung 5 € ß 4 definierten Winkel (ß) kreuzen,

mit den Massgaben,

- dass, wenn der Körperbereich nur aus der Schicht (I) besteht, er eine Mehrzahl der Schichten (I) umfasst und

- dass, wenn der Körperbereich aus einer Mehrzahl von Schichten besteht, diese Schichten so laminiert und vereinigt sind, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Schichten sich in ei-

nem durch die Beziehung 0 - jf- 90° definierten Winkel {f) kreuzen, ausgenommen der Fall', in dem es sich bei den im Schichtstoff benachbarten Schichten jeweils um Schichten (I) handelt, wo dann die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Schichten

(I) sich gegenseitig in einem durch die Beziehung 0 £ 0^90 definierten Winkel (o ) kreuzen,

- dass die Schicht oder die Schichten im wesentlichen senkrecht zur Achse des Elements angeordnet sind und

- dass die kunstharzimprägnierten Stränge eine Mehrzahl von Faserfäden und ein hitzegehärtetes Kunstharz aufweisen.

In den Figuren 1 bis 9 beziehen sich gleiche Bezugszeichen jeweils auf gleiche Gegenstände.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist ein erfindungsgemässes, mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement einen (nicht dargestellten) Körperbereich und eine zentrale Bohrung 2, die sich längs der Achse des Elements erstreckt, auf. Der Körperbereich umfasst eine Mehrzahl von Schichten 4. Die Schichten 4 weisen jeweils mindestens eine aus folgender Gruppe ausgewählte Schicht auf:

Eine Schicht (I) mit einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen;

eine Doppelschicht (II) mit einer ersten Schicht aus einre Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen und eine zweite Schicht mit einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen; und

eine Fischgrätmusterschicht (III) mit einer Mehrzahl von ersten Stranggruppen, die jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfassen, und einer Mehrzahl von zweiten Stranggruppen, die jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfassen, wobei die ersten Stranggruppen mit den zweiten Stranggruppen eine Fischgrätmusterstruktur bilden.

In der Schicht (I), der Doppelschicht (II) und der Fischgrätmusterschicht (III) weisen die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils eine Mehrzahl von Faserfäden und ein hitzegehärtetes Kunstharz auf. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 5 ein hitzegehärtetes Kunstharz. In der Doppelschicht (II) sind die erste Schicht und die zweite Schicht so aufeinandergestapelt, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der ersten Schicht sich mit den kunstharzimprägnierten Strängen der zweiten Schicht in einem durch die Beziehung Οζοι- 4 90 definierten Winkel (<*- ) kreuzen. In der Fischgrätmusterschicht (III) kreuzen sich die ersten Stranggruppen mit den zweiten Stranggruppen in einem durch die Beziehung 5 ^ ß ^ 90° definierten Winkel (ß).

Besteht der Körperbereich nur aus der Schicht (I) allein, so umfasst er eine Mehrzahl von Schichten (I). In diesem Fall werden die Schichten (I) so laminiert und vereinigt, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Schichten (I) sich untereinander in

3407229 -πι einem durch die Beziehung 0<(Γ ί 90° definierten Winkel ( <f) kreuzen. Besteht der Körperbereich aus einer Mehrzahl von Doppelschichten (II), so sind diese Doppelschichten (II) so laminiert und vereinigt, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Schichten sich in einem durch die Beziehung 0 ^ £ · 4 90° definierten Winkel ( /') kreuzen. Besteht der Körperbereich aus einer Mehrzahl von Fischgrätmusterschiehten (III), so werden diese Fischgrätmusterschichten (III) jeweils so laminiert und vereinigt, dass die Stranggruppen der im Schichtstoff benachbarten Schichten sich untereinander in einem durch die Beziehung 0 £ /" € 90° definierten Winkel (J¹") kreuzen. Umfasst der Körperbereich eine Kombination aus mindestens einer Doppelschicht (II) und mindestens einer Fischgrätmusterschicht (III), so weist er in bezug auf die Winkel, mit der sich die kunstharzimprägnierten Stränge (oder Stranggruppen) der im Schichtstoff benachbarten Schichten untereinander kreuzen, die jeweils gleiche Schichtstoffstruktur auf, wie sie vorstehend für den Fall, dass der Körperbereich eine Mehrzahl von Doppelschichten (II) aufweist, und für den Fall, dass der Körperbereich eine Mehrzahl von Fischgrätmusterschichten (III) aufweist, erläutert worden ist. In den Fällen, in denen der Körperbereich eine Kombination aus

1) mindestens einer Schicht (I) und mindestens einer Doppelschicht (II);

2) mindestens einer Schicht (I) und mindestens einer Fischgrätmusterschicht (III); oder

3) mindestens einer Schicht (I), mindestens einer Doppelschicht (II) und mindestens einer Fischgrätmusterschicht (III)

umfasst, gelten in bezug auf den Winkel, mit dem die kunstharzimprägnierten Stränge (oder Stranggruppen) von im Schichtstoff benachbarten Schichten sich untereinander 3B kreuzen, die vorstehend in bezug auf die Schichtstoffstruktur gemachten Erläuterungen, mit der Ausnahme von Bereichen, wo die Schichten (I) im Schichtstoff unterei-

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nander benachbart sind. In diesem Bereich muss der Winkel, mit dem sich die kunstharzimprägnierten Stränge von im Schichtstoff benachbarten Schichten (I) untereinander kreuzen, den Wert 0 ausschliessen. Im Hinblick auf die mechanisehe Festigkeit von mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelementen betragen die vorerwähnten Winkel (&), (ß), (f), (/") und (S) vorzugsweise 90°. Der Grund, warum bei einer Schichtstoffbildung aus einer Mehrzahl von Schichten (I) der Winkel (£) nicht den Wert 0° haben soll, wird nachstehend erläutert. Hat der Winkel (S) den Wert 0°, so ergibt sich eine Verstärkungswirkung durch die Stränge der Faserfäden nur in einer einzigen Richtung. In einem derartigen Fall lässt sich eine Verstärkungswirkung durch die Stränge der Faserfäden schwerlieh erreichen.

Die vorerwähnten Schichten sind im wesentlichen in senkrechter Richtung zur Achse des Elements angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Bei dem an der Innenfläche der _ΟΛ zentralen Bohrung 2 angeformten Gewinde kann es sich um beliebige herkömmliche Gewinde handeln, wobei die zentrale Bohrung 2 dazu geeignet ist, ein mit einem passenden Aussengewinde versehenes Element, z.B. einen Bolzen, der gleichen Gewindestruktur, aufzunehmen.

Nachstehend folgt eine nähere Erläuterung der Schichten (I), (II) und (III).

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer folien_n artigen Formmasse (unter dem Ausdruck "folienartige Formmasse" sind folien- oder plattenartige Gebilde zu verstehen, die einer Verformung durch Pressen unterzogen werden können) gezeigt, aus der ein erfindungsgemässes, mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement hergestellt werden kann. Die abgebildete folienartige Formmasse ist gemäss einem nachstehend näher erläuterten Verfahren unter Aufspulen eines Fadens herge-

^ stellt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Band aus einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten Strängen.

Die Doppelschicht (II), die übereinander gestapelt eine erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, entspricht einem mit "A" bezeichneten Bereich. Nimmt man an, dass es sich bei der zweiten Schicht um eine unter der ersten Schicht liegende Schicht handelt, so ist die zweite Schicht im Bereich "A" nicht sichtbar. In Fig. 1 kann als Schicht

,Q (I),die eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfasst,die im Bereich ¹¹A" dargestellte erste Schic.ht angesehen werden, vorausgesetzt, dass unter der ersten Schicht keine zweite Schicht vorhanden ist. Die Fischgrätmusterschicht (III) weist die im mit "B" bezeichneten Bereich dargestellte Struktur auf. Eine Mehrzahl von ersten Stranggruppen ist mit einer Mehrzahl von zweiten Stranggruppen unter Bildung einer Fischgrätmusterstruktur verbunden.

_on Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Schichten (I), (II) und (III) nach einem (nachstehend näher erläuterten) Verfahren unter Aufspulung eines Fadens hergestellt. In diesem Fall haben die Schicht (I) und die die Doppelschicht (II) bildenden Schichten jeweils eine Struktur, bei der eine Mehrzahl von Bändern aus jeweils einer vorbestimmten Anzahl von kunstharzimprägnierten Strängen seitlich nebeneinander angeordnet sind. Die Schicht (III) besitzt eine Struktur, bei der eine Mehrzahl von ersten Bändern, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von _n kunstharzimprägnierten Strängen umfassen, und eine Mehrzahl von zweiten Bändern, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von kunstharzimprägnierten Strängen umfassen, zusammen eine Fischgrätmusterstruktur bilden. In diesen Fällen ist eine Mehrzahl von Bändern parallel angeordnet, wobei seitlich benachbarte Bänder im wesentlichen im Kontakt miteinander stehen. Die seitlich benachbarten Bänder können sich gegenseitig jeweils geringfügig überlappen.

Die Anordnung der Bänder kann auch so beschaffen sein, dass zwischen den seitlich benachbarten Bändern jeweils ein geringfügiger Zwischenraum besteht, sofern die Anwesenheit von derartigen geringfügigen Zwischenräumen keinen nachteiligen Einfluss auf die mechanische· Festigkeit der gebildeten Kunststoffelemente mit Innengewinde aufweist.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in bezug auf den Winkel gezeigt, mit dem sich die kunstharzimprägnierten Stränge von im Schichtstoff benachbarten Schichten untereinander kreuzen. Dabei zeigt Fig. 2 ein Paar von folienartigen Formmassen, die jeweils nach dem nachstehend näher erläuterten Aufspulverfahren hergestellt worden sind. Die Bänder der kunstharzimprägnierten Stränge 1, 1 der beiden folienartigen Formmassen kreuzen sich untereinander in einem Winkel von 90-

In den mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelementen der Erfindung sind die Faserfäden und das hitzegehärtete Kunstharz vorzugsweise in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 70/30 vorhanden.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach einem Verfahren hergestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man (a) in einem Hohlraum einer Form eine folienartigen Formmasse oder eine Mehrzahl von übereinander gelegten folienartigen Formmassen anordnet, wobei die folienartigen Formmassen durch ein Verfahren erhalten worden sind, das folgende Stufen aufweist:

(I) ein kunstharzimprägnierter Strang oder eine

Mehrzahl von zu einem Band vereinigten kunstharzimprägnierten Strängen werden einem

oder mehreren Zyklen eines schraubenförmigen AufspulVorgangs unterzogen, wodurch man auf der Oberfläche eines Dorns eine Schicht aus

schraubenförmig aufgespulten, kunstharzimprägnierten Strängen von vorbestimmter Dicke erhält, wobei der oder die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils eine Mehrzahl von Faserfäden und ein hitzegehärtetes Kunstharz

aufweisen, wobei der oder die Zyklen des schraubenförmigen Aufspulvorgangs als einer oder mehrere Einheitsaufspulvorgänge zur Bildung eines vollständigen Musters aus einer Mehrzahl von ersten Bändern, die jeweils

parallel zu den benachbarten Bändern angeordnet sind und im wesentlichen in Kontakt untereinander stehen, und einer Mehrzahl von zweiten Bändern, die jeweils parallel zu den benachbarten Bändern angeordnet sind und im

wesentlichen in Kontakt untereinander stehen, definiert sind und ein Fischgrätmuster umfassen, wobei die ersten und zweiten Bänder sich kreuzen und die Einheitsaufspulvorgänge jeweils in einem Steigungswinkel von 45 bis

87,5 durchgeführt werden,

(II) die Schicht entlang der Längsachse des Dorns aufschneidet, sie anschliessend zu einer folienartigen Form abwickelt und

(III) die folienartige Schicht in eine oder mehrere Abschnitte mit bestimmter Form zerschneidet, wodurch man eine oder mehrere folienartige Formmassen erhält,

(b) die folienartige(n) Formmasse(n) unter Erhitzen presst, wodurch man eine faserverstärkte Verbundkunststoffolie erhält,

(c) aus der faserverstärkten Verbundkunststoffolie ein Stück von gewünschter Form und gewünschten Abmessungen

herausschneidet, wobei die Achse dieses Stücks im wesentlichen senkrecht zur faserverstärkten Verbundkunststoffolie steht,

(d) eine Bohrung über die gesamte axiale Länge dieses Stücks hinweg vornimmt und

(e) die Innenfläche der Bohrung mit einem Gewinde versieht.
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Das vorerwähnte Verfahren wird nachstehend näher erläutert. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer beim vorstehenden Verfahren verwendbaren Vorrichtung.

Eine Mehrzahl von Faserfäden 13 wird von einem Spulengestell 8 über eine Führung 9 in ein Kunstharzbad 10 gezogen, wo die Stränge mit dem Kunstharz imprägniert werden. Anschliessend werden die einzelnen Stränge durch Carbiddüsen 12 von vorbestimmtem Durchmesser gezogen und entlang einer Seite des Kunstharzbades ausgerichtet, wodurch die Kunstharzmenge an den einzelnen Strängen auf einen entsprechenden Wert eingestellt wird. Nach Durchlaufen der Düsen 12 passieren die kunstharzimprägnierten Stränge eine (nicht abgebildete) kammähnliche Führung und eine (nicht abgebildete) halbkreisförmige Führung, die auf einem Querschlitten 11 angebracht sind. Die Stränge werden zu einem Band von bestimmter Breite vereinigt. Die Vereinigung der Stränge zu einem Band erfolgt dabei so, dass der Abstand zwischen seitlich benachbarten Strängen 0 beträgt. Anschliessend wird das Ende des Bands an einem Ende des Dorns 3 befestigt. Sodann wird der Dorn 3 mit einer bestimmten Geschwindigkeit gedreht. Während der Drehbewegung des Dorns 3 bewegt sich der Querschlitten 11 entlang der Längsachse des Dorns hin und her, wodurch das Band schraubenförmig auf den Dorn 3 gewickelt wird.

Auch die Verwendung von nur einem Strang von Faserfäden ist möglich.

Durch Ausführung einer Mehrzahl von Hin- und Herbewegungen des Querschlittens 11 wird das Band in einer Mehrzahl von Wicklungseinheiten aufgespult, wodurch sich auf der Oberfläche des Dorns ein Kreuzmuster ergibt, das aus einer Mehrzahl von ersten Strängen 6 und einer Mehrzahl von zweiten Strängen 7 besteht,und durch überkreuzen des ersten Bands 6 und des zweiten Bands 7 ein Fischgrätmuster entsteht, wie in Fig. *J gezeigt. Der Ausdruck "Wicklungseinheit" bedeutet die bei einer Hin- und Herbewegung des Schlittens 11 erzielte Wicklung um den Dorn. In Fig. 4 sind die ersten Bänder 6 und die zweiten Bänder 7 so angeordnet, dass einander seitlich benachbarte Bänder im wesentlichen im Kontakt untereinander stehen. Erfindungsgemäss wird durch Durchführung von einer oder mehreren Wicklungseinheiten ein Zyklus der schraubenförmigen Wicklung erreicht. Nach Beendigung von einem Zyklus der schraubenförmigen Wicklung erhält man auf der Oberfläche des Dorns ein vollständiges Muster, das aus einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten ersten Bändern und einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten zweiten Bändern besteht und ein Fischgrätmuster aufweist, wobei die ersten und zweiten Bänder untereinander gekreuzt sind. · Es kann der Fall eintreten, dass mit nur einer einzigen Wicklungseinheit auf der Oberfläche des Dorns ein vollständiges Muster erzielt wird. Dieser Fall ist jedoch sehr selten, üblicherweise wird ein vollständiges Muster durch Ausführung einer Mehrzahl von Wicklungseinheiten gebildet. Das auf der Oberfläche des Dorns 3 durch einen Zyklus der schraubenförmigen Wicklung gebildete vollständige Muster ist in Fig. 5 gezeigt. Bei einem derartigen vollständigen Muster stehen die seitlich benachbarten Bänder im wesentliehen im Kontakt untereinander oder sie überlappen sich gegenseitig geringfügig. Sofern es keine nachteilige Wirkung auf die mechanische Festigkeit eines Elements mit

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j Innengewinde hat, kann auch zwischen den seitlich benachbarten Bändern ein geringfügiger Zwischenraum bestehen. Nach Durchlaufen von einem oder mehreren Zyklen der schraubenförmigen Wicklung erhält man auf der Oberfläche des

c Dorns eine Schicht aus schraubenförmig aufgewickelten, kunstharzimprägnierten Strängen von vorbestimmter Dicke.

In Fig. 5 bezeichnet "O" den Steigungswinkel. Der Ausdruck "Steigungswinkel" bezieht sich auf den spitzen Winkel, den ,Q das Band am Körper des Dorns mit einer Linie am Dornkörper parallel zur Längsachse des Dorns einschliesst. Erfindungsgemäss soll aus den nachstehend aufgeführten Gründen die Wicklungseinheit des Bands mit einem Steigungswinkel von H5 bis 87,5 vorgenommen werden.

Der Querschnitt des Dorns ist im allgemeinen kreisförmig.

Erfindungsgemäss wird im allgemeinen ein zylindrischer Dorn mit einem Durchmesser von etwa 50 cm bis 200 cm und einer Länge von 1 bis 6 m verwendet. Es können jedoch auch Dorne mit polygonalem Querschnitt verwendet werden. Nach Beendigung des AufspulVorgangs, d.h. wenn eine Schicht aus schraubenförmig aufgewickelten , kunstharzimprägnierten Strängen von vorbestimmter Dicke auf der Dornoberfläche gebildet ist, wird die Schicht auf dem Dorn mittels einer geeigneten Schneidevorrichtung entlang der Dornlängsachse aufgeschnitten und in folienähnliche Form abgewickelt. Die Dicke der auf dem Dorn gebildeten Schicht hängt vom Verwendungszweck, dem Durchmesser des Dorns und dergleichen ab, beträgt aber im allgemeinen etwa 3 bis 10 mm. Das Ver- _ fahren zur Herstellung von derartigen Schichten von kunstharzimprägnierten Strängen durch die Fadenwicklungstechnik ist beispielsweise aus den japanischen Patentveröffentlichungen 5^-30422 und 54-35232 und den japanischen Offenlegungsschriften 55-103925 und 55-103926 bekannt. Die Schicht wird sodann erwärmt, um das Harz in den "B"-Zustand überzuführen. Unter "B-Zustand" ist ein Zwischenstadium zu verstehen, das bei der Härtungsreaktion von hitzehärtbaren Kunstharzen auftritt. In diesem Stadium

kommt es beim Erhitzen des Harzes zu einer Erweichung aber nicht zum Schmelzen. Durch Veränderung des Harzzustandes in den B-Zustand kann das Auspressen einer überschüssigen Harzmenge beim Verpressen vermieden werden. Die Bedingungen, die angewendet werden, um das Kunstharz in den "B-Zustand" überzuführen, können je nach Art des Kunstharzes variieren. Anschliessend wird die Schicht in eine Mehrzahl von Abschnitten bestimmter Form zerschnitten, wodurch man eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen erhält. Eine oder mehrere dieser so geformten folienartigen Formmassen werden in einen Formhohlraum gelegt und unter Erwärmen zu einer Verbundfolie verpresst. Der Pressvorgang kann im allge-

2 meinen bei einem Druck von 30 bis 100 kg/cm und vorzugsweise 50 bis 80 kg/cm bei einer Temperatur von 100 bis 150⁰C und vorzugsweise von 110 bis 120°C bei einer Presszeit von 30 bis 90 Minuten und vorzugsweise von etwa 60 Minuten durchgeführt werden. Aus der Verbundfolie wird ein Stück von entsprechender Form und entsprechenden Abmessungen herausgeschnitten, wobei die Achse des Stücks im wesentlichen senkrecht z-ur Verbundfolie steht. Das Stück wird sodann mit einer zentralen Bohrung versehen, die sich in Axialrichtung erstreckt. Anschliessend wird die Innenfläche der zentralen Bohrung mit einem Gewinde versehen. Hierzu können beliebige Verfahren zum Herstellen von Gewinden, z.B. Gewindeschneiden in Bohrungen, angewendet werden.

Für den Fall, dass eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen dem Pressvorgang unterzogen wird, werden diese vorzugsweise so zu einem Schichtstoff verarbeitet, dass die Stränge der im Schichtstoff benachbarten folienartigen Formmassen sich untereinander in einem Winkel von 90° kreuzen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Grund hierfür ist, dass ein aus einer Verbundfolie mit einer derartigen

3f Schichtstruktur hergestelltes Element mit Innengewinde eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweist. Jedoch ist die Verfahrensweise zur Schichtstoffherstellung aus

einer Mehrzahl von föl jenartigen Formmassen nicht auf das vorstehende Verfahren beschränkt. Z.B. kann eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen so zu einem Schichtstoff verarbeitet werden, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Formmassen sich untereinander in einem Winkel von 0 bis 90 kreuzen.

Zur Durchführung der schraubenförmigen Wicklung können beliebige handelsübliche Wickelvorrichtungen verwendet wer- -10 den. Beispielsweise kann die Fadenwickelmaschine vom Typ WII der Maclean Anderson Co., V.St.A., verwendet werden. Die Wickelvorrichtungen enthalten verschiedene Zahnradsätze oder elektrische Kontrollvorrichtungen, die so eingestellt werden können, dass sich ein gewünschter Schraubenwinkel und ein gewünschtes Verlegungsmuster ergibt. Bei Verwendung einer Mehrzahl von Strängen werden die Stränge zu einem Band mit einer Breite von etwa 0,5 bis 20 cm vereinigt. Die Feinheit der Stränge beträgt im allgemeinen etwa 200 bis 17 600 Tex. Die Anzahl der Stränge zur Bildung eines Bands beträgt im allgemeinen 1 bis und vorzugsweise 1 bis 50.

Als Faserfäden können erfindungsgemäss Glasfaserfäden, Kohlenstoffaserfäden, Aramidfaserfäden, Borfaserfäden, Siliciumcarbidfäden und dergleichen verwendet werden.

Vorzugsweise·werden Faserfäden mit einer Zugfestigkeit

von 100 bis 550 kg/mm und einem Spannungsmodul von 6000

bis 120 000 kg/mm verwendet werden. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten werden aufgrund ihrer leichten Zugänglichkeit und niedrigen Kosten Glasfaserfäden bevorzugt.

Als hitzehärtbare Kunstharze können erfindungsgemäss z.B. Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyacrylatharze, Phenolharze und dergleichen, verwendet werden. Bevorzugt sind Epoxyharze. Je nach Bedarf können jedoch auch beliebige andere hitzehärtbare Kunstharze verwedet werden. Die Viskosität des Kunstharzes beträgt im

allgemeinen 0,1 bis 15 Poise und vorzugsweise 1 bis 5 Poise. Bei Verwendung von Epoxyharzen können Härter zugesetzt werden. Beispiele für Härter sind Säureanhydride, wie Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid, MHAC (methyl himic anhydride), HHPA (Hexahydrophthalsäureanhydrid), PA (Phthalsäureanhydrid), ΤΗΡΑ (Tetrahydrophthalsäureanhydrid), MHHPA (Methylhexahydrophthalsäureanhydrid) und NMA (nadic methyl anhydride), aliphatische Polyamine, wie Tetraäthylenpentamin, Tetraäthylentetramin und Alaldite HT-830 und HY-850 (Handelsbezeichnungen für aliphatische Polyamine von CIBA), und aromatische Polyamine. . Ferner können

Härtungsbeschleuniger zugesetzt werden. Beispiele für Hsrtungsbeschleuniger sind N-(4'-Methoxybenzyliden)-4-alkylamin (mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen im Alkylrest), 1-Benzyl-2-methylimidazol, 2-Äthyl-4~methylimidazol, 2,4,6-Tris-(dimethylaminomethyl)-phenol oder Tetradecyldimethylbenzylammoniumchlorid. Ferner kann das Kunstharz mit Additiven versetzt werden. Beispiele für entsprechende Additive sind Calciumcarbonat, Aluminiumoxid, Ton, geschmolzenes Siliciumdioxid, Glaspulver, Glasfaserpulver und Pigmente. Die Temperatur des Kunstharzes variiert je nach Harzart. Im allgemeinen liegen die Temperaturen im Bereich von Raumtemperatur bis 4O⁰C.

Die Faserfäden und das hitzegehärtete Kunstharz sind in den kunstharzimprägnierten Strängen in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 70/30 und vorzugsweise von 50/50 bis 63/37 vorhanden. Ein derartiges Volumenverhältnis von Faserfäden und hitzegehärtetem Kunstharz kann in den kunstharzimprägnierten Strängen erreicht werden, indem man die das Bad verlassenden einzelnen Stränge jeweils durch Düsen 12 mit einem vorbestimmten Durchmesser führt, wobei das Gewichtsverhältnis von Kunstharz zu unimprägnierten Strängen auf einen geeigneten Wert eingestellt wird.

Der Zusammenhang zwischen Gewichtsverhältnis und Volumenverhältnis wird weiter unten angegeben. Beträgt die Menge an Faserfäden in den kusntharzimprägnierten Strängen ,

weniger als 30 Volumenprozent, so ist die durch die Faserfäden erreichte Verstärkungswirkung unzureichend. Sind andererseits die Faserfäden in Mengen von mehr als 70 Volumenprozent vorhanden, ist es nicht möglich, die Faserfäden in eine Harzmatrix einzubetten.

Der Steigungswinkel soll im Bereich von 45 bis 87,5 liegen. Eine Wicklung mit einem Steigungswinkel von weniger als 45° ist unvorteilhaft, da sich der Aufspulvorgang bei einem derart geringen Steigungswinkel schwierig gestaltet. Ferner wird durch Aufspulen mit einem Steigungswinkel von weniger als 45 eine folienartige Formmasse erhalten, deren Muster im wesentlichen dem Muster entspricht, das bei Aufspulung mit einem Steigungswinkel entsprechend dem Komplementärwinkel eines derart geringen Steigungswinkels, d.h. weniger als 45 , erhalten wird. Daher ist es unangebracht, die Schwierigkeiten bei der Aufspulung mit einem derart geringen Steigungswinkel auf sich zu nehmen.

Liegt andererseits der Steigungswinkel über 87,5 , so ergibt sich für das erste Band und das zweite Band eine im wesentlichen parallele Anordnung. Werden in diesem Fall eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen, die jeweils durch Aufspulen bei einem derartigen Steigungswinkel erhalten worden sind, so gestapelt, dass die ersten Bänder und die zweiten Bänder, der im Schichtstoff benachbarten folienartigen Formmassen jeweils in die gleiche Richtung orientiert sind, so erhält man Elemente mit Innengewinde, deren mechanische Festigkeit gering ist.

Beträgt der Steigungswinkel 45 bis 60°, so kommt es leicht dazu, dass die Bänder bei einer Änderung der Auf-, spulrichtung oder .bei einer Richtungsänderung der seitlichen Bewegung des Querschlittens an beiden Enden des Dorns abrutschen. In diesem Fall ist es erforderlich, eine Mehrzahl von Stiften 14 oder Bolzen aus Eisen an beiden Endbereichen des Dorns anzubringen, wie in Fig. 7 dargestellt.

Zur Erleichterung des Aufspulvorgangs wird ein Steigungswinkel von 75 bis 85 bezvorzugt. Eine durch Aufspulen bei einem grossen Steigungswinkel von 75 bis 85° erhaltene folienartige Formmasse hat ferner den Vorteil, dass während des Pressvorgangs das erste Band und das zweite Band jeweils nach aussen in senkrechter Richtung zur Längsrichtung des Bandes rutschen können, so dass der durch die Innenseite des ersten Bandes und durch die des zweiten Bandes definierte Winkel erweitert wird. Bringt man eine derartige Formmasse in den Formhohlraum, so können selbst dann, wenn jeweils geringfügige Zwischenräume zwischen den beiden Seiten der Formmasse und den Hohlraumwänden bestehen, das erste Band und das zweite Band während des Pressvorgangs in der vorstehend erwähnten Richtung nach aussen rutschen, so dass schliesslich der Hohlraum vollständig mit der Formmasse gefüllt wird.

Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit von Elementen mit Innengewinde wird ein Steigungswinkel von 45° besonders bevorzugt. Jedoch ist, wie vorstehend erwähnt, der Aufspulvorgang bei einem Steigungswinkel von 45° aufgrund der Tatsache, dass Stifte erforderlich sind, um die Bänder von einem Abrutschen vom Dorn abzuhalten, relativ aufwendig.

Eine weitere Ausführungsform zur Herstellung eines mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoff elements ist dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen aufeinander legt und in einem Formhohlraum anordnet, wobei die folienartigen Formmassen durch Zerschneiden einer unidirektionalen Prepreg-Folie zu einer Mehrzahl von Abschnitten mit jeweils vorbestimmter Form erhalten worden sind, wobei die unidirektionalen Prepreg-Folien eine Mehrzahl von im wesentlichen

, parallel angeordneten, kunstharzimprägnierten Strängen aufweisen, wobei die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils eine Mehrzahl von Faserfäden und ein halbgehärtetes hitzehärtbares Kunstharz aufweisen, wobei das Aufeinanderlegen der Mehrzahl der folienartigen Formmassen so durchgeführt wird, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten folienartigen Formmassen sich untereinander in einem durch die Beziehung 0<Ά* 90° definierten Winkel kreuzen,

(b) die Mehrzahl von aufeinander gelegten folienartigen Formmassen unter Erwärmen verpresst, wodurch man

eine faserverstärkte Verbundkunststoffolie erhält, 15

(c) aus der faserverstärkten Verbundkunststoffolie ein Stück von gewünschter Form und gewünschten Abmessungen herausschneidet, wobei die Achse dieses Stücks

im wesentlichen senkrecht zur faserverstärkten Ver-20

bundkunststoffolie steht,

(d) eine Bohrung durch die gesamte axiale Länge dieses Stücks vornimmt und

, ,

(e) die Innenfläche dieser Bohrung mit einem Gewinde

versieht.

Das beim letztgenannten Verfahren als Ausgangsmaterial verwendete "unidirektionale Prepreg" ist aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. Eine allgemeine Lehre zur Herstellung der Prepregs ergibt sich aus "Handbook for Reinforced Plastics", S. 89-92, Hrsg. Association for Reinforced Plastic Engineering, Japan. Zur Herstellung von unidirektionalen Prepregs sind verschiedene Verfahren bekannt. Im allgemeinen lassen sich diese Ver-

fahren in 2 Gruppen einteilen, d.h. (1) ein Verfahren, bei dem Faserfäden in einer flüssigen Harzmasse imprägniert werden und (2) ein Verfahren, bei dem Faserfäden in einer durch Lösen einer flüssigen oder festen Kunstharzmasse in einem Lösungsmittel erhaltenen Kunstharzlösung imprägniert werden. Ein unidirektionales Prepreg zur Verwendung im erfindungsgemässen Verfahren wird vorzugsweise nach dem letztgenannten Verfahren (2) hergestellt. Bezüglich des letztgenannten Verfahrens wird beispielsweise auf die japanische Offenlegungsschrift 50-105772 verwiesen. Ferner ist es möglich, eine unidirektionale Pre- ' preg-Folie unter Verwendung der Fadenwickeltechnik herzustellen. Hierbei wird ein unidirektionales Prepreg beispielsweise folgendermassen hergestellt: Eine vorbestimmte Anzahl an Strängen von Faserfäden wird in einer Harzlösung, die durch Lösen eines' Harzes in einem hierfür geeigneten Lösungsmittel erhalten worden ist, imprägniert. Der oder die kunstharzimprägnierten Stränge werden sodann auf den Dorn in Umfangsrichtung von einem Dornende zum anderen in einer vorbestimmten Richtung aufgewickelt, wodurch man eine Schicht aus einem kunstharzimprägnierten Strang oder kunstharzimprägnierten Strängen auf der Dornoberfläche erhält. Die Schicht wird sodann zur Entfernung des Lösungsmittels erwärmt. Anschliessend wird die Schicht entlang der Längsachse des Dorns aufgeschnitten und vom Dorn entfernt. Man erhält eine unidirektionale Prepreg-Folie, in der eine Mehrzahl von Strängen von Faserfäden im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Der Aufspulwinkel, d.h. der Winkel, in dem die Stränge von Faserfäden um den Dorn gewickelt sind, kann vorzugsweise 70 bis 90° in bezug zur Längsachse des Dorns betragen.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, besteht ein mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement der Erfindung aus mindestens einem Paar von vereinigten Gruppen von Faserfädensträngen,

wobei jede Gruppe eine Mehrzahl von Strängen von Faserfäden, die im wesentlichen parallel angeordnet sind, aufweist. Ein erfindungsgemässes Kunststoffelement mit Innengewebe mit dieser besonderen Struktur besitzt eine bemerkenswert hohe mechanische Festigkeit, was auf die Verstärkungswirkung durch die Faserfäden sowohl im Körperbereich als auch im Gewinde zurückzuführen ist.

Erfindungsgemäss wird ferner ein einfaches Verfahren zur Herstellung der mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelemente durch Aufspultechnik zur Verfugung gestellt. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren, bei dem teures Garngewebe eingesetzt wird und eine Anzahl von daraus hergestellten Prepreg-Folien für die Verpressung aufeinandergestapelt werden, kann nach dem erfindungsgemässen Verfahren eine folienartige Formmasse von ausreichender Dicke leicht hergestellt werden, indem man Stränge von Faserfäden um den Dorn wickelt, so dass das beim herkömmlichen Garngewebe-Prepreg-Verfahren erforderliche aufwendige Stapeln einer grossen Anzahl von Formmassen entfallen kann. Ferner werden erfindungsgemäss Faserfäden verwendet, die billiger als Garngewebe sind, was zu einer erheblichen Kostensenkung führt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.

Das Gewichtsverhältnis von Faserfäden zum hitzegehärteten Kunstharz kann in einem Element mit Innengewebe nach folgendem Verfahren gemessen werden. Ein Element mit Innengewinde wird einer Hitzebehandlung unterzogen, um das hitzegehärtete Kunstharz abzubrennen. Die Hitzebehandlung wird unter solchen Temperaturbedingungen durchgeführt, dass das hitzegehärtete Kunstharz abbrennt, während die Faserfäden unbeschädigt bleiben. Nach dem Abbrennen des hitzegehärteten Kunstharzes werden die Faserfäden gewogen. Der Anteil der Faserfäden im Element mit Innen-

gewinde in Gewichtsprozent lässt sich nach folgender Gleichung berechnen:

^G _w = _x !00

G : Anteil der Faserfäden in Gewichtsprozent Wy: Gewicht des Elements mit Innengewinde W : Gewicht der Faserfäden

Der Anteil des hitzegehärteten Kunstharzes im Element mit Innengewinde in Gewichtsprozent lässt sich nach folgender Gleichung berechnen:

W₁ - W_g

R = χ 100 (%)

^W W₁ R : Anteil des hitzegehärteten Kunstharzes in Gewichts-

Prozent
W₁, W : entsprechend-der vorstehenden Definition.

Wie vorstehend erwähnt, sind im Element mit Innengewebe die Faserfäden und das hitzegehärtete Kunstharz in einem VolumenVerhältnis von 30/70 bis 70/30 vorhanden. Die Umrechnung von Gewichtsprozent in Volumenprozent kann gemäss folgender Gleichung erfolgen:

_r ¹⁰⁰J? r-^Gw

¹⁰⁰J^g - ^Gw⁽ig "Sr^}

G : Anteil der Faserfäden in Volumenprozent G : Anteil der Faserfäden in Gewichtsprozent

Q : spezifisches Gewicht der Faserfäden ρ spezifisches Gewicht des hitzegehärteten Kunstharzes. ⁵ r'

Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1

2M Glasfaserfädenstränge mit einer Feinheit von 2009 Tex (Nr. 1062-15, Handelsprodukt der PPG Industries, Inc.,

"407229

- 34 -

V.St.A.) werden in ein Kunstharzbad rait einem Gehalt an 100 Gewichtsteilen AER 354 (Handelsbezeichnung für ein Epoxyharz der Asahl Kasei Kogyo K.K., Japan), 75 Gewichtsteilen HN 2200 (Handelsbezeichnung für Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid der Hitachi Chemical Co., Ltd., Japan) als Härter und 2 Gewichtsteilen ATC-3 (Handelsbezeichnung für N-(4«-Methoxybenzyliden)~4-alkylanilin mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen.im Alkylrest der ICI Japan Ltd., Japan) als Härtungsbeschleuniger gezoge.n, wodurch die Stränge mit dem Kunstharz imprägniert werden. Sodann werden die einzelnen Stränge aus dem Bad entfernt und durch eine Carbiddüse mit einem Durchmesser von 1,26 mm geleitet, wobei die vom Strang mitgeführte Kunstharzmenge auf 23 + 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Kunstharz und Strang, eingestellt wird. Anschliessend werden die Stränge durch eine kammartige Führung und eine halbkreisförmige Führung auf einem Querschlitten zu einem Band mit einer Breite von 6,4 cm vereinigt. Das Band wird gleichmässig auf einen rotierenden, zylindrischen Dorn von 92 cm Durchmesser und 18.0 cm Länge mit einem Steigungswinkel von 85° aufgespult, wodurch auf der Dornoberfläche eine Schicht aus kunstharzimprägnierten Strängen gebildet wird. Die Schicht aus diesen Strängen wird sodann entlang der Dornlängsachse aufgeschnitten und zu einer folienartigen Form abgewickelt. Das Gewicht' der

2
Schicht beträgt 12 kg pro 1m.

Die auf diese Weise erhaltene folienartige Schicht lässt man 8 Stunden bei 40⁰C stehen, wodurch das in der Schicht enthaltene Harz in den B-Zustand übergeführt wird. Die folienartige Schicht wird sodann in eine Mehrzahl von Abschnitten (30 χ 30 cm) zerschnitten. 3 Abschnitte werden in einer auf 125°C erwärmten Form mit einem Formhohlraum von 30 cm Länge und 30 cm Breite und 5 cm Tiefe so gestapelt, dass die ersten Bänder und die zweiten Bänder der im Schichtstoff jeweils benachbarten Abschnitte in gleicher Richtung orientiert sind. Anschliessend wird

unter einem Druck von 50 kg/cm 1 Stunde verpresst, wodurch man eine Verbundfolie (nachstehend als "Folie A" bezeichnet) erhält.

Ferner werden 3 weitere Abschnitte der folienartigen Schicht in der vorstehend erwähnten Form so gestapelt, dass die ersten Bänder und die zweiten Bänder des in der Mitte angeordneten Abschnitts sich jeweils mit den ersten Bändern und den zweiten Bändern der anderen beiden Abschnitte in einem Winkel von 90° kreuzen. Anschliessend wird unter den vorerwähnten Bedingungen verpresst. Man erhält eine weitere Verbundfolie (nachstehend als "Folie B" bezeichnet) .

Die Dicke der vorstehend erhaltenen Folien beträgt 15 mm bzw. 15,5 mm. 5 quadratische Stücke (22 χ 22 mm) werden aus diesen Verbundfolien herausgeschnitten. Diese Stücke werden sodann mittels eines Bohrers mit einer zentralen Bohrung, die in axialer Richtung verläuft, versehen. Die Innenfläche der Bohrung wird mittels einer Vorrichtung zum Schneiden von Innengewinden mit einem Gewinde versehen. Das Gewinde eignet sich zur Aufnahme eines M10-Bolzens (Teilung 1,5 mm). Auf diese Weise werden aus der Folie A und der Folie B jeweils 5 Muttern hergestellt.

Zu Vergleichszwecken werden 4 Muttern mit einem Gewinde zur Aufnahme eines M10-Bolzens (Teilung 1,5 mm) im wesentlichen auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt, mit der Abänderung, dass NIKOLYTE NL-EG(GIO) (Handelsbezeichnung für einen Glasgarngewebesehichtstoff der NIKKO KASEI Co., Ltd., Japan) mit einer Dicke von 15 mm (nachstehend als "Folie C" bezeichnet) anstelle von Folie A und Folie B verwendet wird. Die Folie C wird durch Verpressen eines Schichtstoffs aus 64 Prepreg-

3E Folien aus Glasgarngewebe hergestellt.

Für die vorerwähnten Muttern wird die Zugfestigkeit unter

Verwendung der in Fig. 8 gezeigten Testvorrichtung gemessen. Nachstehend wird das Verfahren zur Messung der Zugfestigkeit unter Bezugnahme auf Fig. 8 kurz erläutert. Eine (nicht abgebildete) Messdose ist oberhalb einer Klemmvorrichtung 17 vorgesehen. Die beiden Klemmvorrichtungen 17 und 17' werden in entgegengesetzter Richtung gezogen, so dass auf einen Bolzen 15 und auf Muttern 16 und 16' (gleiche Muttern) über Beilangscheiben 18 und 18' eine Zugkraft ausgeübt wird. Die Zugkraft wird so lange ße·· steigert, bis das Gewinde von einem oder beiden Muttern oder der Bolzenkörper bricht. Die Belastung, bei der das Gewinde von einem oder beiden Muttern oder der Bolzenkörper bricht, wird mit Hilfe der Messdose gemessen,

Bei dem zur Bestimmung der Zugfestigkeit der Muttern verwendeten Bolzen handelt es sich um einen M10-Bolzen (Teilung 1,5 mm), der hergestellt wird, indem man ein Garngewebe mit einer Lösung eines hitzehärtbaren Harzes in einem hierfür geeigneten Lösungsmittel imprägniert, das kunstharzimprägnierte Gewebe zur Entfernung des Lösungsmittels erwärmt, wodurch man eine halbgehärtete, im wesentlichen nicht-klebrige Prepreg-Folie erhält, diese Prepreg-Folie walzt, die gewalzte Prepreg-Folie in einer Form unter Bildung eines starren Stabs mit kreisförmigem Querschnitt erwärmt und verpresst und die Oberfläche des steifen Stabs mit einem Gewinde versieht. Der Durchmesser des Bolzens beträgt 10 mm und dessen Länge 120 mm. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.

- 37 Tabelle I

	C	(Dicke 15 mm)	^Λ	Muttern	Probe	1	Zugfestig	Bruch	gebrochener
	3			aus	Nr.		keit	dehnung	Bereich
	X!		•Η α)	Folie C		2	(Tonnen)	(mm)
	C		■Η	(Dicke ι r~ \	1	3	1,65	2,95	Bolzenkörper
	•H		bO	1 5 mm)	2	4	1,75	2,98	Il
Muttern	ς_		J-.	3	Mittel	1,50	3,13	Gewinde der
aus	JL.		ω		wert			Mutter
Folie A	ca	Muttern		4	1 ,40	2,38	Bolzenkörper
aus		5	1,40	2,53	Gewinde der Mutter
Folie B	Mittel
(Dicke	wert	1,54	2,79	-
* τ— r— \
15,5 mm)	1	1 ,60	2,58	Gewinde der
			Mutter
2	1,45	2,33	Bolzenkörper
3	1,25	1,90	Gewinde der
			Mutter
4	1 ,60	2,83	ti
5	1,50	2,78	It
Mittel
wert	1,48	2,48	-
1,10	1,85	Gewinde der·
		Mutter
1 ,10	2,65	Il
1,25	2,63	Il
1,15	2,50	Il

1,15	2,41	-

Aus der Tabelle geht hervor, dass die erfindungsgemässen Muttern im Vergleich zu auf herkömmliche Weise aus Prepregs von Glasgarngewebe hergestellten Muttern eine hohe Zugfestigkeit aufweisen.

Beispiele 3> 4 und 5

24 Glasfaserfädenstränge mit einer Feinheit von 2009 Tex (Nr. 1062-15 der PPG Industries, Inc., V..St.A.) werden in ein Kunstharzbad mit einem Gehalt an 100 Gewicht.steilen eines Epoxyharzgemisches (4:1 = AER 331 (Handelsbezeichnung für ein Epoxyharz der Asahi Kasei Kogyo K.K., Japan) : DER 438 (Handelsbezeichnung für ein Epoxyharz der Dow Chemical, V.St.A) (Gewichtsverhältnis)),75 Gewichtsteilen HN 2200 als Härter und 2 Gewichtsteilen ATC-3 als Härtungs-

beschleuniger gezogen, wodurch die Stränge mit dem Kunstharz imprägniert werden. Sodann werden die Stränge aus dem Bad entfernt und jeweils durch eine Carbiddüse mit einem Durchmesser von 1,26 mm geleitet, wobei die Menge des von den Strängen mitgeführten Kunstharzes auf 23 Gewichts-

Prozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Kunstharz und Strang, eingestellt wird. Anschliessend werden die Stränge durch eine kammartige Führung und eine halbkreisartige Führung auf einem Querschlitten zu einem Band mit einer Breite von 6,4 cm vereinigt. Das Band wird gleichmässig um einen rotierenden, zylindrischen Dorn mit einem Durchmesser von 92 cm und einer Länge von I80 cm mit einem Steigungswinkel von 75° gewickelt. Dabei wird auf der Dornoberfläche eine Schicht aus kunstharzimprägnierten Strängen gebildet. Die Schicht dieser Stränge wird sodann entlang

der Dornlängsachse aufgeschnitten und zu einer folienartigen Form abgewickelt. Das Gewicht der Schicht beträgt

ρ
12 kg pro m .

Das Kunstharz in der folienartigen Schicht wird auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 und 2 in den B-Zustand übergeführt. Anschliessend wird die Schicht zu.einer Mehrzahl von Abschnitten (48 χ ι48 cm) zerschnitten.

3 Abschnitte werden in einer auf 120⁰C geheizten Form mit einem Formhohlraum von 50 cm Länge, 50 cm Breite und 5 cm Tiefe so gestapelt, dass die ersten Bänder und die zweiten Bänder von jeweils im Schichtstoff benachbarten Abschnitten in der gleichen Richtung orientiert sind. An-

schliessend wird 1 Stunde bei einem Druck von 80 kg/cm verpresst. Man erhält eine Verbundfolie von 16 mm Dicke (nachstehend als "Folie D" bezeichnet).

Eine weitere Verbundfolie (nachstehend als "Folie E" bezeichnet, wird im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Folie D hergestellt, mit der Abänderung, dass die Aufspulung der Stränge mit einem Steigungswinkel von 85° durchgeführt wird.

Eine weitere Verbundfolie (nachstehend als "Folie F" bezeichnet) wird im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Folie E hergestellt, mit der Abänderung, dass die 3 aus der folienartigen Schicht gewonnenen Abschnitte so gestapelt werden, dass die ersten Bänder und die zweiten Bänder des in der Mitte angeordneten Abschnitts sich jeweils mit den ersten Bändern und den zweiten Bändern der anderen beiden Abschnitte in einem Winkel von 90° kreuzen.

Die Dicke der vorstehenden Folien beträgt jeweils 16 mm. Aus diesen Folien werden jeweils 4 quadratische Stücke (22 χ 22 mm) ausgeschnitten. Diese Stücke werden mit einem Bohrer mit einer sich in Axialrichtung erstreckenden zentralen Bohrung versehen. Die Innenfläche der Bohrung wird mittels eines Gewindeschneiders mit einem Gewinde versehen, das zur Aufnahme eines M12-Bolzens (Teilung 1,75 mm) geeignet ist. Man erhält somit aus den Folien D, E und F jeweils 4 Muttern.

Mit der in Fig. 9 gezeigten. Testvorrichtung wird die Scherfestigkeit dieser Muttern gemessen.

3407223

Dieses Messverfahren wird nachstehend anhand von Fig. 9 kurz erläutert.

2 Muttern (gleiche Muttern) 19 und 19' werden auf die bei den Enden eines M12-Bolzens (Teilung 1,75 mm) aus Eisen aufgeschraubt, wobei jeweils Beilagscheiben 21 und 21' untergelegt werden. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet ein Abstandsstück. Die Mutter 19 wird mittels eines Schrauben schlüssels 22 angezogen, während die Mutter 19' mittels eines Schraubstocks 24 fixiert wird. Das Drehmoment wird erhöht, bis eine der beiden Muttern 19, 19' bricht. Das . zum Bruch des Gewindes erforderliche Drehmoment wird mittels eines Messgeräts 23 gemessen. Die Scherfestigkeit ist definiert als das Drehmoment beim Bruch des Gewindes von einem der beiden Muttern.

Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Probe Nr. Scherfestigkeit durchschnittliche

(kg/cm) Scherfestigkeit (kg/cm)

Muttern
aus

Folie D
(Dicke
16 mm)

850

1100 900 800

913

Muttern aus Folie E
(Dicke
16 mm)

800 900

1000 1200

975

Muttern aus Folie E
(Dicke
16 mm)

1700 1700 1450 1600

1613

Aus dieser Tabelle geht hervor, dass die aus der Folie F hergestellten Muttern, die durch derartiges Stapeln von 3 Abschnitten, dass die ersten Bänder und die zweiten Bänder des in der Mitte angeordneten Abschnitts sich mit den ersten Bändern und den zweiten Bändern der anderen beiden Abschnitte in einem Winkel von 90° kreuzen, hergestellt worden sind, eine grössere Scherfestigkeit als die aus den Folien D und F hergestellten Muttern aufweisen.

Beispiele 6 und 7

Folien G und H werden im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die' Folie A in Beispiel 1 hergestellt, mit der Abänderung, dass Kohlenstoffaserfädenstränge (Nr. 6K, Handelsprodukt der Asahi Nihon Carbon, Co. Japan) anstelle

von Glasfaserfädensträngen verwendet werden. Die Dicke der Folie G und H beträgt 10 mm tzw. 20 mm. 5 quadratische Stücke (22 χ 22 mm) werden aus den Verbundfolien herausgeschnitten. Diese Stücke werden mit einem Bohrer mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden zen-

tralen Bohrung versehen. Die Innenseite der Bohrung wird mittels eines Gewindeschneiders mit einem Gewinde versehen, das zur Aufnahme eines M12-Bolzens (Teilung 1,75 mm) geeignet ist. Man erhält aus den Folien G und H jeweils 5 Muttern.

Diese Muttern werden gemäss dem Verfahren der Beispiele 3, 4 und 5 auf ihre Scherfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.

	Muttern aus	Probe	3407229 _ !j 2 -
1	Folie G	1	Tabelle III
	(Dicke	2
5	10 mm)	3	Nr. Scherfestig- durchschnittliche keit (kg/cm) Scherfestigkeit (kg/cm)
	Muttern aus	H 5	650
	Folie H	1	550
	(Dicke	2	600 596
10	20 mm)	3	580 600
		H	800
	Beispiel 8 und	5	800
		1100 980
15		1000
	1200
	Vergleichsbeispiel 2

Ein Strang von Kohlenstoffäden (Handelsprodukt der Asahi Nihon Carbon Co., Japan) wird in eine Lösung mit einem Gehalt an 100 Gewichtsteilen Epikote B X 210 (Handelsbezeichnung für ein Epoxyharz der Shell Chemical Co., Japan), 3 Gewichtsteilen eines Komplexes aus Bortrifluorid und Monoäthylamin als Härter und 70 Gewichtsteilen Methyläthylketon als Lösungsmittel getaucht. Der Strang wird sodann in Umfangrichtung um einen rotierenden, zylindrischen Dorn mit einem Durchmesser von 50 cm, dessen Oberfläche mit einer Formtrennfolie bedeckt ist, gewickelt. Der Aufspulvorgang wird von einem Ende des Dorns zum anderen Ende mit einer solchen Teilung durchgeführt, dass der Abstand zwischen 2 benachbarten Windungen 1 mm beträgt. Man erhält auf der Dornoberfläche eine Schicht aus einem in Umfangsrichtung aufgespulten Strang. Nach Beendigung des Aufspulvorgangs wird der in Umfangsrichtung aufgespulte Strang bei 40 C belassen, bis die Menge an Methyläthylketon auf 1 Prozent oder darunter abgenommen hat. An-

- 1*3 -

schliessend schneidet man die Schicht entlang der Dornlängsachse auf und wickelt sie zu einer folienartigen Form ab. Die erhaltene folienartige Schicht umfasst eine Mehrzahl von Strängen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Diese folienartige Schicht wird sodann mit einer Formtrennfolie bedeckt und anschliessend mittels einer Presswalze mit einem linearen Druck von 5,5 kg./cm gepresst, wodurch man eine unidirektionale Prepreg-Folie erhält.

Diese Folie wird sodann in eine Mehrzahl von rechteckigen Abschnitten (16 χ 7 cm) zerschnitten. 60 Abschnitte werden in einer rechteckigen Ausnehmung (16 χ 7 cm) in der Mitte eines aus Eisen hergestellten, plattenförmigen Abstands-Stücks (30 cm χ 30 cm χ 12 mm), das auf einer flachen Form angeordnet ist, gestapelt. Die Form wird auf 175°C erhitzt. Die Abschnitte sind so angeordnet, dass die Stränge von im' Schichtstoff benachbarten Abschnitten sich gegenseitig in einem Winkel von 90° kreuzen. Anschliessend werden die 60 Abschnitte 1 Stunde bei einem Druck

2
von 312,5 kg/cm verpresst. Di<

wird als "Folie I" bezeichnet.

2
von 312,5 kg/cm verpresst. Die erhaltene Verbundfolie

Die Folie J wird im wesentlichen auf die gleiche Weise hergestellt, mit der Abänderung, dass die 60 Abschnitte so gestapelt werden, dass die Stränge der im Schichtstoff benachbarten Abstände in gleicher Richtung orientiert sind,

5 quadratische Stücke (22 χ 22 mm) werden aus der Folie I herausgeschnitten. Diese Stücke werden mit einem Bohrer mit einer sich in Axialrichtung erstreckenden Bohrung versehen. Die Innenfläche der Bohrung wird mittels einer Gewindeschneidvorrichtung mit einem Gewinde versehen, das zur Aufnahme eines M12-Bolzens (Teilung 1,75 mm) geeignet ist. Man erhält aus der Folie I 5 Muttern.

^: 3407223

- Il H -

Diese Muttern werden gemäss dem Verfahren der Beispiele 3, 4 und 5 auf ihre Scherfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt.

	Probe	Tabelle IV	durchschnittliche Scherfestigkeit (kg/cm)
	1
	2	Nr. Scherfestig keit (kg/cm)
Muttern aus	3	900	1030
Folie I		1100
(Dicke	1100
10 mm)	1050

Ferner werden aus der Folie J 5 quadratische Stücke (22 χ 22 mm) herausgeschnitten. Diese Stücke werden mit einem Bohrer mit einer Bohrung versehen. Während des Borvorgangs kommt es zum Bruch der Stücke.

Claims

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DEA-.13 888

Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Patentansprüche

lit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoff element , das einen Hohlkörper mit einem Körperbereich, einer zentralen Bohrung, die aus einem im Innenbereich 2Q gebildeten und längs der Achse des Elements verlaufenden Hohlraum besteht, und einem am Körper an der Innenfläche der zentralen Bohrung angeformten Gewinde umfasst, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Körperbereich mindestens eine Schicht aus folgenden Gruppen aufweist:

(I) eine Schicht mit einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen,

(II) eine Doppelschicht mit einer ersten Schicht aus

einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen und eine zweite Schicht aus einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel

angeordneten Strängen, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht so aufeinander gestapelt

sind, dass die kunstharzimprägnierten Stränge

der ersten Schicht sich mit denen der zweiten Schicht in einem durch die Beziehung 0<oC£ definierten Winkel (⁰O kreuzen, und

(III) eine Fischgrätmusterschicht mit einer Mehrzahl von ersten Stranggruppen, die jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfassen, und eine Mehrzahl von zweiten Stranggruppen,

die jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten, im wesentlichen parallel angeordneten Strängen umfassen, wobei die ersten Stranggruppen mit den zweiten Stranggruppen eine Fischgrätmusterstruktur bilden, bei der

die ersten Stranggruppen sich mit den zweiten Stranggruppen in einem durch die Beziehung 5 ^ß ί" 90° definierten Winkel (ß) kreuzen,

mit den Massgaben,

- dass, wenn der Körperbereich nur aus der Schicht (I) besteht, er eine Mehrzahl der Schichten (I) umfasst und

- dass, wenn der Körperbereich aus einer Mehrzahl von Schichten besteht, diese Schichten so laminiert und vereinigt sind, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Schichten sich in einem durch die Beziehung 0 € f ί 90° definierten Winkel ( f) kreuzen, ausgenommen der Fall, in dem es sich bei den im Schichtstoff benachbarten Schichten jeweils um Schichten (I) handelt, wo dann die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten'Schichten (I) sich gegenseitig in einem durch die Beziehung O=^f; 90° definierten Winkel (ο ) kreuzen,

- dass die Schicht oder die Schichten im wesentlichen senkrecht zur Achse des Elements angeordnet sind und

- dass die kunstharzimprägnierten Stränge eine Mehrzahl von Faserfäden und ein hitzegehärtetes Kunstharz aufweisen.

2. Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes

Kunststoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- -10 net, dass die Winkel (oc ), (ß), (Jf) und ( cT) jeweils etwa 90° betragen.

3- Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfäden und das hitzegehärtete Kunstharz im Element mit Innengewinde in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 70/30 vorhanden sind.

k. Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunstharz aus der Gruppe Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyacrylatharze und Phenolharze ausgewählt ist.

5- Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfäden jeweils eine Zugfestigkeit

ρ
von 100 bis 550 kg/mm und einen Spannungsmodul von

ρ
6000 bis 120 000 kg/mm aufweisen.

6. Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfäden aus der Gruppe Glasfaserfäden, Aramidfaserfäden, Kohlenstoffaserfäden, Borfaserfäden und Siliciumcarbidfaserfäden ausgewählt sind.

ι 7· Verfahren zur Herstellung eines mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelements, dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) in einem Hohlraum einer Form eine folienartige Formmasse oder eine Mehrzahl von übereinander gelegten folienartigen Formmassen anordnet, wobei die folienartigen Formmassen durch ein Verfahren erhalten worden sind, das folgende Stufen umfasst: (I) ein kunstharzimprägnierter Strang oder eine

Mehrzahl von zu einem Band vereinigten kunstharzimprägnierten Strängen werden einem oder mehreren Zyklen eines schraubenförmigen Aufspulvorgangs unterzogen, wodurch man auf der Oberfläche eines Dorns

eine Schicht aus schraubenförmig aufgespulten, kunstharzimprägnierten Strängen von vorbestimmter Dicke erhält, wobei der oder die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils eine Mehrzahl von Faserfäden und

ein hitzegehärtetes Kunstharz aufweisen^ wobei der oder die Zyklen des schraubenförmigen Aufspulvorgangs als einer oder mehrere Einheitsaufspulvorgänge zur Bildung eines vollständigen Musters aus einer Mehrzahl von ersten Bändern, die jeweils parallel zu den benachbarten Bändern angeordnet sind und im wesentlichen in Kontakt untereinander stehen, und einer Mehrzahl von zweiten Bändern, die jeweils parallel

zu den benachbarten Bändern angeordnet sind und im wesentlichen in Kontakt untereinander stehen, definiert sind und ein Fischgrätmuster umfassen, wobei die ersten und zweiten Bänder sich kreuzen und die Ein

heitsaufspulvorgänge jeweils in einem Steigungswinkel von 45 bis 87,5° durchgeführt werden,

(II) die Schicht entlang der Längsachse des

Dorns aufschneidet, sie anschliessend zu einer folienartigen Form abwickelt und

(III) die folienartige Schicht in eine oder

mehrere Abschnitte mit bestimmter Form zerschneidet, wodurch man eine oder mehrere folienartige Formmassen erhält,

(b) die folienartige(n) Formmasse(n) unter Erhitzen presst, wodurch man eine faserverstärkte Verbundkunststoffolie erhält,

(c) aus der faserverstärkten Verbundkunststoffolie ein Stück von gewünschter Form und gewünschten Abmessungen herausschneidet, wobei die Achse dieses Stücks im wesentlichen senkrecht zur faserverstärkten Verbundkunststoffolie steht,

(d) eine Bohrung über die gesamte axiale Länge dieses Stücks hinweg vornimmt und

(e) die Innenfläche der Bohrung mit einem Gewinde versieht.
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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Stufe (II) und vor der Stufe (III) die folienartige Schicht erwärmt, um das Harz in den B-Zustand überzuführen.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man im Formhohlraum eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen anordnet, diese Mehrzahl von folienartigen Formmassen so zu einem Schichtstoff verbindet, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der im Schichtstoff benachbarten Massen sich in einem Winkel von 90 zueinander kreuzen.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils die Faserfäden und das hitzehärtbare Kunstharz in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 70/30 enthalten.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hitzehärtbare Kunstharz aus der Gruppe Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyacrylatharze und Phenolharze ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

2 die Faserfäden ein Spannungsmodul von 100 bis 550 kg/mm

und eine Zugfestigkeit von 6000 bis 120 000 kg/mm aufweisen.
15

13- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfäden aus der Gruppe Glasfaserfäden, Aramidfaserfäden, Kohlenstoffaserfäden, Borfaserfäden und Siliciumcarbidfaserfäden ausgewählt sind. 20

14. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Innengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelements, dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) eine Mehrzahl von folienartigen Formmassen aufeinander legt und in einem Formhohlraum anordnet, wobei die folienartigen Formmassen durch Zerschneiden einer unidirektionalen Prepreg-Folie zu einer Mehrzahl von Abschnitten mit jeweils vorbestimmter Form erhalten worden sind, wobei die unidirektionnalen Prepreg-Folien eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel angeordneten, kunstharzimprägnierten Strängen aufweisen, wobei die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils eine Mehrzahl von Faserfäden, und ein halbgehärtetes hitzehärtbares Kunstharz aufweisen, wobei das Aufeinanderlegen der Mehrzahl der folienartigen Formmassen so durchgeführt wird, dass die kunstharzimprägnierten Stränge der

im Schichtstoff benachbarten folienartigen Formmassen sich untereinander in einem durch die Beziehung 0 < λ. * 90 definierten Winkel kreuzen,

(b) die Mehrzahl von aufeinander gelegten folienartigen Formmassen unter Erwärmen verpresst, wodurch man eine faserverstärkte Verbundkunststoffolie erhält,

(c) aus der faserverstärkten Verbundkunststoffolie ein Stück von gewünschter Form und gewünschten Abmessungen herausschneidet, wobei die Achse dieses Stücks im wesentlichen senkrecht zur faserverstärkten Verbundkunststoffolie steht,

(d) eine Bohrung durch die gesamte axiale Länge dieses Stücks vornimmt und

(e) die Innenfläche dieser Bohrung mit einem Gewinde

versieht.
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15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die kunstharzimprägnierten Stränge jeweils die Faserfäden und das hitzehärtbare Kunstharz in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 70/30 enthalten.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das hitzehärtbare Kunstharz aus der Gruppe Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyacrylatharze und Phenolharze ausgewählt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfäden jeweils ein Spannungsmodul von 100 bis

550 kg/mm und eine Zugfestigkeit von 6000 bis 120 000

2
kg/mm aufweisen.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfäden aus der Gruppe Glasfaserfäden, Aramid-

-δι faserfäden, Kohlenstoffaserfäden, Borfaserfäden und Siliciumcarbidfaserfäden ausgewählt sind.