DE3407230C2

DE3407230C2 -

Info

Publication number: DE3407230C2
Application number: DE3407230A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kikuzawa; Yukio Moriyama Shiga Jp Otaki
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1988-11-24
Also published as: US4623290A; FR2541621B1; FR2541621A1; DE3407230A1

Description

Die Erfindung betrifft ein mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement mit einem Schaft und einem an der Außen fläche des Schafts angeformten Gewinde, insbesondere Schraube oder Gewindebolzen, in welchem der Schaft und das Gewinde jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten Garnbändern aufweist, die sich längs der Schaftachse und bis in die Gewindegänge erstrecken, die kunstharzimprägnierten Garnbänder aus einem hitzegehärteten Harz und einem Gewebe bestehen, wobei das Gewebe eine Mehrzahl von ersten Fasersträngen, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und sich längs der Schaftachse erstrecken und eine Mehrzahl von zweiten Fasersträngen, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zu den ersten Fasersträngen stehen, aufweist und die ersten und zweiten Faserstränge die Kettfäden bzw. Schußfäden des Gewebes darstellen.

Metalle oder Metallegierungen, wie Eisen und rostfreier Stahl, werden im großen Umfang als Ausgangsmaterialien zur Herstellung von mit Gewinden versehenen Elementen, wie Bolzen und Muttern, verwendet. Metallbolzen und -muttern werden als Befestigungsmittel für verschiedenste Anwendungs zwecke, 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 ver wendet. 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 Schiffbau, beim Bau von künst lichen Reefs und dergleichen, geeignet sind, da die Schrauben aufgrund des ständigen Kontakts mit dem Meer wasser zerstört werden. Eine weitere Hauptschwierigkeit liegt in der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit von Metallbolzen und -muttern. Es gibt eine Reihe von An wendungsgebieten, bei denen man Bolzen und Muttern braucht, die thermisch und elektrisch nicht leitfähig sind. Spe zielle Beispiele für derartige Anwendungsgebiete sind die Herstellung von schweren elektrischen Vorrichtungen oder Ausrüstungen und der Bau von elektrisch betriebenen Trans portvorrichtungen, wie elektrische Lokomotiven, Zugwägen für Straßenbahnen und dergleichen. Für derartige Anwendungs zwecke müssen Metallbolzen und -muttern mit einem isolie renden 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 darstellt, 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 Anwendungs gebiete, beispielsweise auf die Luftfahrtindustrie, be schränkt. Was nichtleitfähige Bolzen und Muttern betrifft, wurden im Zuge des raschen Fortschritts der keramischen Industrie in letzter Zeit Bolzen und Muttern aus kerami schen Werkstoffen vorgeschlagen. Jedoch können bisher keine zufriedenstellenden Bolzen und Muttern aus kerami schem Material hergestellt werden.

Um die Schwierigkeit mit der Korrosion zu überwinden, wurde die Herstellung von Bolzen und Muttern aus Kunstharzen vor geschlagen. Derartige Kunstharzbolzen und -muttern weisen jedoch im Vergleich zu entsprechenden Metallelementen eine geringe me chanische 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 Korro sionsbeständigkeit eine starke Rolle spielt, aber die me chanische 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 (nachstehend auch als "FRP" abgekürzt) vorgeschlagen. Z. B. wurde vorgeschlagen, einen FRP-Bolzen herzustellen, indem man eine Mehrzahl von Rovings von etwa 2000 bis etwa 10 000 Tex mit einem hitzehärtbaren Kunstharz imprägniert, die so erhaltenen kunstharzimprägnierten Rovings in eine Form einzieht, die kunstharzimprägnierten Rovings in der Form unter Bildung eines starren Stabs härtet und die Außenflä che des starren Stabs mit einem Gewinde versieht. Derarti ge Bolzen lassen sich nicht mit Erfolg einsetzen. Dies ist auf den Nachteil zurückzuführen, daß das Gewinde durch Ausschneiden der äußeren Fläche des Stabs, der die kunst harzimprägnierten Rovings nur in Längsrichtung der Stab achse enthält, hergestellt wird. Die Rovings, die innerhalb des Gewindes verbleiben sind dann Fäden, die auf äußerst kurze Längen zugeschnitten worden sind und keine Verbindung mit den Rovings innerhalb des Schafts haben. Daher zeigt das Gewinde eine geringe mechani sche Festigkeit vor allem gegenüber Schwerkräften, denen es ausgesetzt wird.

Um die mechanische Festigkeit des Gewindes eines Bolzens auf ein gewünschtes Maß zu verbessern, wurde vorgeschlagen, mit einem Außengewind versehene FRP-Elemente herzustellen, indem man ein aus verstärkenden Fäden hergestelltes Gewebe mit einem hitzehärtbaren Harz, z. B. einem Epoxyharz, imprägniert, das auf diese Weise imprägnierte Garngewebe in einer Form unter Bildung eines Stabs einer Hitzebeständigkeit unterzieht und die Oberfläche des Stabs mit einem Gewinde versieht. Benötigt man beispiels weise ein mit einem Außengewinde versehenes FRP-Element mit einem Durchmesser von mehr als etwa 20 bis 25 mm, so läßt sich ein derartiges Element herstellen, indem man ein Garn gewebe mit einer Lösung eines hitzehärtbaren Kunstharzes in einem hierfür geeigneten Lösungsmittel imprägniert, das kunstharzimprägnierte Gewebe zur Entfernung des Lösungs mittels erwärmt, wodurch man eine halbgehärtete, im wesent lichen nichtklebrige Folien (nachstehend als "Prepreg" be zeichnet) erhält, das Prepreg walzt, das gewalzte Prepreg in einer Form erwärmt und preßt, wodurch man einen steifen Stab mit kreisförmigem Querschnitt erhält, und die Ober fläche des steifen Stabs mit einem Gewinde versieht. Die Herstellung eines mit einem Außengewinde versehenen FRP- Elements mit einem Durchmesser von weniger als etwa 20 bis 25 mm kann folgendermaßen erfolgen: Gemäß dem sog. Prepreg-Preßverfahren wird eine vorbestimmte Anzahl der vorstehend erwähnten Prepregs 1 auf die in Fig. 1 (A) (auf die nachstehend näher eingegangen wird) gezeigten Art ge stapelt. Die gestapelten Prepregs werden durch Erwärmen erweicht und mit Hilfe einer mehrteiligen Form 2, wie in der nachstehend näher erläuterten Fig. 1 (B) gezeigt, un ter Bildung eines Stabs 3 gepreßt. Der auf diese Weise hergestellte Stab wird an seiner Außenfläche mit einem Gewinde versehen wodurch man ein mit einem Gewinde ver sehenes FRP-Element erhält. Die so hergestellten, mit einem Gewinde versehenen Elemente, bestehen aus einem hitze gehärteten Kunstharz und einem Garngewebe, wobei das Garngewebe eine Mehrzahl von ersten Strängen von Fäden, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und sich längs der Schaftachse erstrecken, und eine Mehrzahl von zweiten Strängen von Fäden, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zu den ersten Strängen stehen, aufweist. Glasfaserverstärkte Schrauben mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau sind aus den Unterlagen des DE-GM 18 91 681 und aus H. Hirschfeld, Kunststoffe Band 55, 1965, Seiten 550 und 551 bekannt. Der Querschnitt eines solchen Bolzens (vgl.Fig. 1 [B]) zeigt, daß zwar über den gesamten Querschnittsbereich hinweg pa rallel zur Schaftachse verlaufende Gewebe vorhanden sind. Jedoch sind in dem bekannten Gewindebolzen die Verstär kungsgewebe parallel angeordnet, so daß die Zwischenschich ten zwischen den Geweben oder Matten ausschließlich aus dem Harz bestehen. Ein solcher Bolzen gemäß dem Stand der Tech nik hat daher unvermeidbar eine schlechte Scherfestigkeit (Drehfestigkeit) und wenn der Bolzen einer scherenden Be anspruchung unterworfen wird, beispielsweise durch Auf schrauben einer Mutter, besteht die Neigung, daß ein Ent laminieren an der Stelle der Harzschichten stattfindet, was zum Bruch des Bolzens führt. Das Problem der unzureichenden Scherfestigkeit konnte bisher nicht beseitigt werden. Darüber hinaus erfordert bei der Herstellung der vorerwähnten Gewindeelemente die Bildung der Prepregs und die Verformung der Prepregs aufwendige Arbeitsgänge. Daher kostet die Herstellung derartiger Gewindeelemente im Vergleich zu herkömmlichen FRP-Gewindeelementen das 3- bis 4fache. Andererseits wurde vor kurzem die Her stellung eines Bolzens vorgeschlagen, zu dessen Herstel lung ein Gewinde auf der Oberfläche eines Stabs mit Doppel struktur hergestellt wird. Der Stab mit Doppelstruktur wird erhalten, indem man eine Mehrzahl von Glasfaserrovings von etwa 8000 Tex imprägniert, diese Mehrzahl von Glas faserrovings durch eine geheizte Form zieht (pultruding) wodurch man einen Kernstab erhält, um den Kernstab eine Matte aus gehackten Strängen aus Glasfasern von 2,5 bis 5,1 cm (1-2 in) Länge wickelt und den erhaltenen, mit dem Faservlies umwickelten Kernstab der Pultrusion unterwirft oder verpreßt, wodurch man einen Stab mit Doppelstruktur erhält. Daraus hergestellte Bolzen haben jedoch den Nach teil, daß zu ihrer Herstellung komplizierte Verfahren er forderlich sind und daß die auf diese Weise hergestellten Bolzen an der Verbindungsstelle zwischen dem Faservlies und dem Kernstab sich leicht spalten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Gewindebolzen bzw. eine Schraube mit neuartiger Struktur zur Verfügung zu stellen, die ausreichende Festigkeit gegenüber Dreh- und Scherbeanspruchungen ge währleistet und bei einer solchen Drehbeanspruchung nicht zur Schichtentrennung und dadurch zum Bruch neigt.

Gegenstand der Erfindung ist ein mit einem Außengewinde versehenes faserverstärktes Kunststoffelement mit einem Schaft und einem an der Außen fläche des Schafts angeformten Gewinde, insbesondere Schraube oder Gewindebolzen, in welchem der Schaft und das Gewinde jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten Garnbändern aufweist, die sich längs der Schaftachse und bis in die Gewindegänge erstrecken, die kunstharzimprägnierten Garnbänder aus einem hitzebeständigen Harz und einem Gewebe bestehen, wobei das Gewebe eine Mehrzahl von ersten Fasersträngen, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und sich längs der Schaftachse erstrecken und eine Mehrzahl von zweiten Fasersträngen, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zu den ersten Fasersträngen stehen, aufweist und die ersten und zweiten Faserstränge die Kettfäden bzw. Schußfäden des Gewebes darstellen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Garnbänder eine Breite, gemessen zwischen den beiden außen an den Längsseiten des Gewebes liegenden Kettfäden, von etwa dem 0,2- bis etwa 3fachen des maximalen Durch messers des mit einem Gewinde versehenen Elements aufweisen, daß das Gewinde Bereiche mit den zweiten Strängen aufweist, von denen die meisten sich im wesentlichen radial vom Schaft in das Gewinde erstrecken und innerhalb des Gewindes enden und wobei im Gewinde kein Bereich vorhanden ist, in dem über eine kontinierliche Länge von 20% oder mehr, be zogen auf die Umfangslänge des Gewindes, keine derartigen Strangbereiche vorliegen.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen mit einem Außengewinde versehenen faserverstärkten Kunststoffelements, bei dem man eine Mehr zahl von Garn bändern mit einem hitzehärtbaren Kunstharz imprägniert, die kunstharzimprägnierten Bänder in einer Hohlform unter Er wärmung zu einem Stab formt, den Stab aus der Form ent nimmt und die Umfangsfläche des Stabes mit einem Gewinde versieht.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die kunstharzimprägnierten Garnbänder, deren Breite, gemessen zwischen den beiden außen an der Längsseite des Gewebes liegenden Schußfäden, etwa dem 0,2- bis etwa 3fachen des maximalen Durchmessers des mit einem Gewinde versehenen Elements entspricht, in eine längliche Hohlform mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt zieht.

Die erfindungsgemäßen faserverstärkten Kunststoffelemente mit Außengewinde besitzen eine besondere Innenstruktur, die in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist. Der Querschnitt zeigt, daß der Großteil der kunstharzimprägnierten Fäden, die innerhalb des Gewindes vorliegen und sich im wesent lichen in einer Ebene senkrecht zum Querschnitt des Gewin deelements erstrecken, von der Schaftachse in das Gewinde verlaufen. Der bisherige Stand der Technik ergibt keiner lei Anhaltspunkte für eine solche Struktur.

Die erfindungsgemäßen faserverstärkten Kunststoffelemente mit Außengewinde besitzen ausgezeichnete elektrische Iso liereigenschaften und Korrosionsbeständigkeit und äußerst gute mechanische Festigkeit in Längsrichtung. Gegenüber den bisher bekannten faserverstärkten Kunststoffelementen mit Außengewinde haben sie eine außerordentlich erhöhte Scher- und Verdrillungsfestigkeit, so daß auch bei hohen Scher beanspruchungen ein Brechen und Ablösen des Gewindes ver mieden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Kunststoffelemente, bei dem eine Mehrzahl von kunstharz imprägnierten breiten Bändern in eine Form eingezogen wird, ist darüber hinaus einfach und ermöglicht eine hohe Pro duktivität.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen er läutert. Es zeigt

Fig. 1 (A) einen schematischen senkrechten Querschnitt einer zweiteiligen Form mit einer Mehrzahl von darin be findlichen Prepregs, wobei die beiden Formhälften vonein ander getrennt sind (Stand der Technik);

Fig. 1 (B) einen schematischen senkrechten Querschnitt, der den Zustand zeigt, wenn die Prepregs von Fig. 1 (A) zu einer Mehrzahl von Stäben verformt sind, wobei diese Figur in Kombination mit Fig. 1 (A) das bekannte Pre preg-Preßverfahren erläutert;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer Ausführungs form eines erfindungsgemäßen Elements mit Außengewinde;

Fig. 3 einen teilweisen Querschnitt längs der Linie I-I von Fig. 2, wobei der obere und untere Teil weggelassen sind;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffstabs, der zu einem er findungsgemäßen Element mit Außengewinde verarbeitet werden kann; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung der Zugfestigkeit eines Elements mit Außenge winde.

Der Ausdruck "Garnband" bezieht sich auf ein Garngewebe, das in Form eines Bands gewebt ist. Der Ausdruck "durch Zerschneiden von Garngewebe erhaltenes Band" bezieht sich auf ein Band, das durch Zerschneiden eines in Tuchform ge webten Gewebes zu einer Mehrzahl von Bändern erhalten wor den ist. Beide Arten von Bändern werden nachstehend auch als "längliche Gewebe" bezeichnet und eignen sich für die Zwecke der Erfindung.

Wie bereits erwähnt, zeigen die Fig. 2 und 3 einen sche matischen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Elements mit Außengewinde bzw. einen par tiellen Querschnitt entlang der Linie I-I von Fig. 2, wobei der obere und untere Teil weggelassen sind. Die Be zugszeichen 4 und 5 bezeichnen ein längliches Gewebe bzw. Garnband und ein hitzegehärtetes Kunstharz. Zumindest ein Teil des Garnbandes ist jeweils in den Bereichen, die den zwi schen den Gewinderippen gebildeten Zwischenräumen ent sprechen, herausgeschnitten, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen erste bzw. zweite Stränge. Die ersten und zweiten Stränge stellen die Kett fäden bzw. Schußfäden des Garnbandes dar. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die ersten Stränge im wesentlichen parallel angeordnet und erstrecken sich längs der Achse des Schafts (b). Die zweiten Stränge sind im wesentlichen parallel angeordnet und stehen in im wesentlichen senk rechter Richtung zu den ersten Strängen. Ein Gewindebe reich (a) umfaßt Teile der zweiten Stränge. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, handelt es sich bei den meisten Bereichen der zweiten Stränge um solche Strangbereiche, die kontinuierlich vom und seitlich zum Schaft in das Gewinde verlaufen und im Gewinde enden. In dem erfindungsgemäßen, mit ei nem Außengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoff element liegen die vorerwähnten Strangbereiche, die konti nuierlich vom Schaft in das Gewinde verlaufen und im Ge winde enden, kontinuierlich oder diskontinuierlich inner halb des Gewindes entlang des Gewindeumfangs in den jeweils einer Gewindeteilung entsprechenden Bereichen vor, mit der Maßgabe, daß es innerhalb des Gewindes keinen Bereich gibt, in dem kontinuierlich über eine Länge von 20 Prozent oder mehr, bezogen auf die Umfanglänge des Gewindes in dem jeweiligen, einer Gewindeteilung entsprechenden Bereich, keine derartigen Strangbereiche vorliegen. Ob es innerhalb des Gewindes einen Bereich gibt, in dem kontinuierlich über eine Länge von 20 Prozent oder mehr, bezogen auf die Umfang länge des Gewindes an dem jeweiligen, einer Gewindeteilung entsprechenden Bereich, keine derartige Strangbereiche vorliegen, kann folgendermaßen bestimmt werden. Das mit einem Außengewinde versehene Element wird in Querrichtung längs der Umfanglinie, die den Scheitelbereich einer be stimmten Gewindeteilung einschließt, so aufgeschnitten, daß die Schnittfläche sichtbar wird. Diese Schnittfläche wird mittels eines Mikroskops betrachtet, wobei sich die Art der Anordnung der zweiten Stränge (Schußfäden) fest stellen läßt. Im Querschnitt kreuzen die Bereiche der zweiten Stränge innerhalb des Gewindebereichs, die sich kontinuierlich vom Schaftbereich in den Gewindebereich erstrecken und innerhalb des Gewindebereichs enden, den imaginären Grenzkreis zwischen dem Gewindebereich und dem Schaftbereich. Man findet 2 benachbarte zweite Stränge, die zumeist voneinander getrennt sind. Die beiden benach barten zweiten Stränge kreuzen den vorerwähnten imaginären Grenzkreis an den Punkten ( a ) bzw. ( β ). Der Abstand auf dem imaginären Grenzkreis zwischen den Punkten ( α ) und ( b ) wird als Winkel ( R°) gemessen. Dieser Winkel ist de finiert durch die Verbindungsgerade zwischen dem Punkt ( α ) und dem Mittelpunkt (c) des Schaftbereichs und die Verbindungsgerade zwischen dem Punkt ( β ) und dem Mittel punkt (c). Unter Anwendung der Formel R°/360° × 100 läßt sich feststellen, ob der Abstand auf dem imaginären Grenz kreis zwischen den Punkten ( α ) und ( β ) 20 Prozent oder mehr, bezogen auf den Umfang des imaginären Grenzkreises, beträgt oder nicht. Auf diese Weise wird ermittelt, ob es innerhalb des Gewindes einen Bereich gibt oder nicht, in dem kontinuierlich über eine Länge von 20 Prozent oder mehr, bezogen auf die Umfanglänge des Gewindes im jeweili gen, einer Gewindeteilung entsprechenden Bereich, keine derartigen Strangbereiche vorliegen.

Die Breite der Garnbänder liegt jeweils im Bereich von etwa dem 0,2- bis etwa 3fachen und vorzugsweise dem 0,2- bis 2fachen des maximalen Durchmessers des Elements mit Außengewinde. Der Ausdruck "Breite" des Garnbandes bedeutet die zwischen den beiden außen an den Längsseiten des Bandes liegenden Kettfäden gemessene Breite. Liegt die Breite des Garnbandes außerhalb des vor erwähnten Bereichs, so erhält man Produkte, deren physi kalische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und dergleichen, einer unerwünschten breiten Verteilung unterliegen. Handelt es sich beim Garnband um ein durch Zerschneiden eines Garngewebes erhaltenes Band mit einer Breite von weniger als 0,5 cm, so kommt es zu einer Lockerung der Schußfäden, so daß diese ihre Funktion als Schußfäden nicht mehr erfüllen. Daher beträgt aus praktischen Ge sichtspunkten die Breite von Garnbändern, die durch Zerschneiden von Garngeweben erhalten worden sind, 0,5 cm oder mehr.

Wie vorstehend erläutert, bestehen die kunstharzimprägnier ten Garnbänder oder kunstharzimprägnierten, durch Zerschnei den von Garngewebe erhaltenen Bänder, die das Element mit Außengewebe darstellen, jeweils aus einem hitzegehärteten Kunstharz und einem länglichen Gewebe. Die einzelnen Strän ge des länglichen Gewebes weisen eine Mehrzahl von Faser bzw. Fäden auf. Die Art der Fäden ist nicht kritisch, jedoch werden im Hinblick auf die mechanische Festigkeit vorzugs weise solche Fäden verwendet, die eine Zugfestigkeit von 1000 bis 5500 N/mm² und einen Spannungsmodul von 60 000 bis 1 200 000 N/mm² aufweisen. Beispiele für derartige Fäden sind Glasfasern, Kohlenstoffasern, Aramid fasern, Borfasern und Siliciumcarbidfasern.

Beispielsweise weisen Glasfasern einen Spannungsmodul von etwa 70 000 bis etwa 75 000 N/mm² und eine Zugfestigkeit von etwa 2000 bis 3500 N/mm² auf. Kohlenstoffasern weisen einen Spannungsmodul von etwa 200 000 bis 1 200 000 N/m² und eine Zugfestigkeit von etwa 2000 bis 5500 N/mm² auf.

Der Durchmesser der jeweiligen Fäden, die die ersten und zweiten Stränge bilden, sowie die Feinheit der ersten und zweiten Stränge, die das Garnband bilden, kann je nach der für die Elemente mit Außengewinde erforderli chen mechanischen Festigkeit variieren. Wird ein Garnband aus Glasfasern verwendet, kann der Durch messer der einzelnen Glasfasern im Bereich von etwa 3 bis 15 µm und vorzugsweise 6 bis 13 µm liegen und die Fein heit der ersten und zweiten Stränge jeweils 2 bis 150 Tex und vorzugsweise 5 bis 13,5 Tex betragen. Wird ein Garnband aus Kohlenstoffasern verwendet, kann der Durchmesser der einzelnen Kohlenstoffasern von etwa 5 bis 15 µm variieren und die Feinheit der ersten und zwei ten Stränge kann im Bereich von jeweils 20 bis 200 Tex lie gen.

Die Dichte des Garnbandes kann ebenfalls je nach der für das Element mit Außengewinde erforderlichen me chanischen Festigkeit variieren. Bei Verwendung eines Ge webes aus Glasfasern beträgt die in g/m² ausgedrückte Dichte des länglichen Gewebes vorzugsweise 20 bis 500 g/m² und insbesondere 100 bis 300 g/m².

Es ist wünschenswert, daß die Schußfäden des Garnbandes zumindest auf einer Seitenkante des selben seitlich in einer Länge von etwa 1 bis etwa 10 mm und vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 5 mm gegenüber dem äußersten Kettfaden vorstehen. Dies ist darauf zurückzu führen, daß die vorerwähnten hervorstehenden Bereiche der Schußfäden der Gewebebänder eine Verfilzung in dem Ele ment mit Außengewinde, hervorrufen, wodurch die mechanische Festigkeit des Gewindes erhöht wird. Beträgt die Länge der hervorstehenden Bereiche der Schußfäden mehr als 10 mm, so werden diese hervorstehenden Bereiche leicht in Längs richtung des Gewindeelements gebogen. Die in Längsrichtung des Gewindeelements gebogenen, hervorstehenden Bereiche der Schußfäden wirken nicht mehr als Verstärkungsfäden und tragen nicht zu einer Verfilzung unter Verstärkung des Gewindebereichs bei.

Als hitzegehärtete Kunstharze können z. B. Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, wie Vinylester harze, Epoxyacrylatharze, Phenolharze und dergleichen ver wendet werden. Epoxyharze werden im Hinblick auf verschie dene erwünschte Eigenschaften, wie Klebefestigkeit, Zug festigkeit, Biegefestigkeit, elektrische Isolationseigen schaften und schrumpfungsfreies Härten, bevorzugt. Das Harz kann Additive, wie Härter, Härtungsbeschleuniger und der gleichen, enthalten. Beispiele für Härter sind Methyltetra hydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Methoxy hexahydrophthalsäureanhydrid und dergleichen. Bei der Ver wendung von Epoxyharzen können als Härter auch aliphatische Polyamine, wie Tetraäthylenpentamin und Tetraäthylentetra min, aromatische Polyamine und dergleichen verwendet werden.

Beispiele für Härtungsbeschleuniger sind Imidazolverbin dungen, wie 1-Benzyl-2-methylimidazol und 2-Äthyl-4-methyl imidazol. Als Härtungsbeschleuniger können auch 2,4,6-Tris- (dimethylaminomethyl)-phenol, Tetradecyldimethylbenzylammo niumchlorid und dergleichen verwendet werden.

Das Gewebe und das hitzebeständige Harz sind im kunstharz imprägnierten Garnband oder kunstharzimprägnierten, durch Zerschneiden eines Garngewebes erhaltenen Band vorzugsweise in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 65/35 und insbesondere 45/55 bis 65/35 enthalten. Beträgt das Volumenverhältnis weniger als 30/70, so entsteht im Element mit Außengewinde ein harzreicher Bereich, so daß es leicht zu Rissen im Element mit Außengewinde kommt. Beträgt das Volumenver hältnis mehr als 65/35, ist es schwierig, kunstharzim prägnierte Garnbänder oder kunstharzimprägnierte, durch Zerschneiden von Garngewebe erhaltene Bänder in eine Form einzuführen.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstel lung einer Vorrichtung zur Herstellung eines faserver stärkten Stabs, der zu einem erfindungsgemäßen Element mit Außengewinde verarbeitet werden kann. Eine Mehrzahl von Garnbändern oder durch Zerschneiden von Garngewebe er haltenen Bändern 8, die sich in aufgespulter Form auf einem Spulengestell befinden, wird abgewickelt und über eine kamm artige Führung 10 in ein Kunstharzbad 12 eingeführt. Die Bänder werden in ein flüssiges, hitzehärtbares Harz 11 im Kunstharzbad 12 getaucht, wodurch man kunstharzim prägnierte Garnbänder oder kunstharzimprägnierte, durch Zerschneiden von Garngewebe erhaltene Bänder (beider Arten von Bändern werden nachstehend häufig einfach als "kunst harzimprägnierte Bänder" bezeichnet) erhält. Bei Verwen dung von durch Zerschneiden von Garngewebe erhaltenen Bän dern wird das Garngewebe mittels einer Längsschneidemaschine, die mit einem scheibenförmigen Carbidschneider ausgerüstet ist, oder mit einer Laserstrahl-Längsschneidemaschine zer schnitten. Die Viskosität des Kunstharzes kann 0,1 bis 15 d Pa · s und vorzugsweise 1 bis 5 d Pa · s betragen. Die auf diese Weise erhaltenen kunstharzimprägnierten Bänder werden über eine weitere kammartige Führung 13 in den hohlen Bereich einer länglichen Hohlform 14 gezogen, wobei die Form er wärmt wird. Die längliche Hohlform weist an einem Ende ei nen Einlaß und am anderen Ende einen Auslaß auf. Der hohle Bereich erstreckt sich über die gesamte Länge der Form vom Einlaß bis zum Anlaß und weist einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt auf. Somit wird der hohle Bereich der Form mit den kunstharzimprägnierten Bändern gefüllt.

Wie bereits erwähnt, kann der Querschnitt des hohlen Be reichs der Form kreisförmig oder polygonal sein. Im Fall eines polygonalen Querschnitts werden viereckige, fünf eckige, sechseckige oder höhere polygonale Querschnitte bevorzugt.

Die Anordnung der kunstharzimprägnierten Bänder vor dem Einziehen in die Form ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß sie in Längsrichtung in die Form gezogen werden. Die gebräuchlichste Anordnung besteht darin, daß man eine Mehrzahl der kunstharzimprägnierten Bänder aufeinander legt. Vorzugsweise können die kunstharzimprägnierten Bän der so angeordnet werden, daß sie in 4 Gruppen jeweils gleicher Menge unterteilt und die 4 Bändergruppen so ange ordnet werden, daß 2 Paare dieser Gruppen jeweils gegen überliegen, so daß sich ein Viereck bildet. Werden die kunstharzimprägnierten Bänder in einer solchen Anordnung in die Form gezogen, so läßt sich daraus ein Element mit Außengewinde herstellen, das in bezug auf Oberflächen beschaffenheit und Verdrehungsfestigkeit verbessert ist.

Wie vorstehend erwähnt, liegen das Gewebe und das hitze gehärtete Harz in den das Gewindeelement bildenden kunstharz imprägnierten Bändern in einem Volumenverhältnis von bevorzugt 30/70 bis 65/35 vor. Um ein derartiges Volumenverhältnis von Gewebe zu hitzegehärtetem Harz im Element mit Außengewinde zu erreichen, kann man ein Verfahren anwenden, bei dem das Gewichtsverhältnis der zu verwendenden unimprägnierten Bän der zu einem gewünschten Stab mit vorbestimmtem Durchmesser und vorbestimmter Länge so eingestellt werden, daß das Gewindeelement das vorerwähnte Volumenverhältnis aufweist. Die Beziehungen zwischen dem Gewichtsverhältnis und dem Vo lumenverhältnis werden nachstehend angegeben.

Die Anzahl der zur Herstellung eines Stabs verwendeten kunstharzimprägnierten Bänder ist nicht kritisch und kann je nach Breite und Dichte des Gewebes und dem Durchmesser des gewünschten Stabs variieren. Im allgemeinen kann die Anzahl der kunstharzimprägnierten Bänder etwa 20 bis etwa 200 betragen.

Wie vorstehend erwähnt, haben die unimprägnierten Bänder jeweils eine Breite (gemessen zwischen den beiden außen an den Längsseiten des länglichen Gewebes liegenden Kett fäden) von etwa dem 0,2- bis etwa 3fachen des maximalen Durchmessers des gewünschten Gewindeelements. Die Dichte des länglichen Gewebes im unimprägnierten Band kann etwa 20 bis etwa 800 g/m² betragen. Die Feinheit der das läng liche Gewebe bildenden Stränge kann etwa 2 bis etwa 4000 Tex betragen.

Nachstehend wird wieder auf Fig. 4 Bezug genommen. Die überschüssige Menge an Kunstharz in den kunstharzimprägnier ten Bändern wird vor dem Einziehen der kunstharzimpräg nierten Bändern in den hohlen Bereich der Form ausgepreßt. Der Auspreßvorgang kann am Einlaß 18 oder in einem be liebigen Bereich zwischen dem Harzbad und der Form durch geführt werden. Wird der Auspreßvorgang am Einlaß der Form vorgenommen, weist der Einlaß 18 der Form vorzugs weise eine konisch zulaufende Innenwand auf, wie in Fig. 4 gezeigt, so daß die überschüssige Menge an Kunstharz leicht ausgepreßt wird. Gleichzeitig mit dem Auspressen der über schüssigen Kunstharzmenge werden die in den kunstharzimpräg nierten Bändern enthaltenen Blasen entfernt.

Die Härtung des Harzes in den kunstharzimprägnierten Bändern wird im Formhohlraum durchgeführt, indem man die Form etwa 5 Minuten oder mehr und vorzugsweise 10 bis 12 Minuten auf etwa 100 bis 180°C und vorzugsweise auf etwa 110 bis 130°C erwärmt. Die Form kann von außen oder von innen erwärmt werden. Nach dem Härten des Kunstharzes entsteht ein aus den Bändern und dem hitzegehärteten Kunstharz bestehender Stab, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Formhohlraums entspricht.

Der Stab wird aus der Form entnommen und anschließend an seiner Umfangsfläche mittels eines Schneideisens oder einer Drehbank mit einem Gewinde versehen.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah rens kann der Stab absatzweise hergestellt werden, wobei die vorerwähnten Verfahren jeweils wiederholt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens erfolgt die Härtung des Kunstharzes in den kunstharzimprägnierten Bändern während der Zeit, in dem die kunstharzimprägnierten Bänder den Formhohlraum durchlau fen, wodurch es möglich ist, den Stab kontinuierlich her zustellen. In diesem Fall wird das Einziehen der kunstharz imprägnierten Bänder in den Formhohlraum kontinuierlich durchgeführt, indem man den Stab aus dem Auslaß des Form hohlraums in einer Geschwindigkeit von 8 bis 25 cm/min und vorzugsweise von 10 bis 12 cm/min mittels einer Zugvorrich tung 17, die mit Quetschwalzen 16 aus Kautschuk ausgerüstet ist, herauszieht, wie in Fig. 4 gezeigt. Beispiele für Zug vorrichtungen, die anstelle der vorerwähnten Vorrichtung verwendet werden können, sind Raupenzugvorrichtungen, die mit einem Paar an gleiskettenartigen Vorrichtungen, zwi schen denen der Stab gehalten werden kann, versehen sind, sandwichartige Zugvorrichtungen, die mit einem Paar Quetsch walzen, zwischen denen der Stab gehalten werden kann, ver sehen sind, und Zugvorrichtungen, die mit einem Spannfutter, in dem der Stab festgehalten werden kann, versehen sind. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann sich die Zugvorrichtung 17 in einer bestimmten Entfernung von der Form 14 befinden, wo durch eine dazwischenliegende Kühlzone 15 entsteht.

Der kontinuierlich erhaltene Stab wird auf vorbestimmte Längen zugeschnitten. Dieser kontinuierlich erhaltene starre Stab kann vor oder nach dem Zerschneiden einer Nachhärtung unter zogen werden. Temperatur- und Zeitbedingungen der Nachhär tung variieren je nach Art des hitzehärtbaren Kunstharzes, des Härtungsmittels und des Härtungsbeschleunigers.

Der auf diese Weise erhaltene starre Stab wird an seiner Umfangfläche mit einem Gewinde versehen.

Das vorerwähnte Verfahren zur kontinuierlichen Bildung eines länglichen Stabs wird als Pultrusionsverfahren be zeichnet. Beim Pultrusionsverfahren variiert die Länge der Form in Abhängigkeit von der Dauer der Hitzehärtung des Harzes und der Zuggeschwindigkeit. Aus praktischen Erwä gungen beträgt die Länge der Form etwa 1 bis 2 m und vor zugsweise 1,2 bis 1,8 m. Beim vorerwähnten absatzweisen Verfahren variiert die Länge der Form in Abhängigkeit von der Länge des gewünschten Elements mit Außengewinde. Bei beiden Verfahren kann es sich um eine Form mit einstückiger Struktur oder um eine mehrteilige Form, die aus einzelnen Formteilen, vorzugsweise Formhälften, besteht, handeln.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, ist das erfindungsgemäße, mit einem Außengewinde versehene, faser verstärkte Kunststoffelement mit einer Mehrzahl von ersten Strängen, die im wesentlichen parallel zueinander angeord net sind und sich längs der Schaftachse des Elements mit Außengewinde erstrecken, und einer Mehrzahl von zweiten Strängen, im wesentlichen parallel zueinander angeord net sind und im wesentlichen in senkrechter Richtung zu den ersten Strängen stehen, verstärkt. Das Gewinde weist Bereiche von zweiten Strängen auf, von denen es sich bei den meisten um solche Strangbereiche handelt, die konti nuierlich vom und seitlich zum Schaft in das Gewinde ver laufen und innerhalb des Gewindes enden. Daher ist die Verstärkungswirkung der zweiten Stränge im Gewindebereich beträchtlich, was dem Gewindebereich des Elements mit Außen gewinde eine hohe Scherfestigkeit verleiht.

Das mit einem Außengewinde versehene, faserverstärkte Kunststoffelement der Erfindung kann leicht hergestellt werden, indem man einen Stab, der aus einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten Bändern hergestellt ist, mit einem Gewinde versieht. Der Stab aus den kunstharzimprägnierten Bändern läßt sich leicht erhalten, indem man die kunst harzimprägnierten Bänder in einer Form ohne Vorbehandlungs schritte, wie Vorhärtung, Stapeln und dergleichen, einer Hitzehärtung unterzieht, was nicht nur zu einer starken Verringerung der Herstellungskosten sondern auch zu einer erheblichen Produktivitätssteigerung führt. Spezielle Bei spiele für Elemente mit Außengewinde sind Bolzen, Schrau ben und dergleichen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.

Das Gewichtsverhältnis von Gewebe zu hitzegehärtetem Harz läßt sich in einem Element mit Außengewinde nach folgen dem Verfahren messen. Ein Element mit Außengewinde wird einer Hitzebehandlung unterzogen, um das hitzegehärtete Harz abzubrennen. Die Hitzebehandlung wird unter solchen Temperaturbedingungen durchgeführt, daß zwar das hitzege härtete Harz abbrennt, jedoch das Gewebe unverändert ver bleibt. Nach dem Abbrennen des hitzegehärteten Harzes wird das Gewebe gewogen. Der prozentuale Anteil des Gewebes im Element mit Außengewinde läßt sich nach folgender Glei chung berechnen:

G _w : Anteil des Gewebes in Gewichtsprozent W _I : Gewicht des Elements mit Außengewinde W _g : Gewicht des Gewebes.

Der prozentuale Anteil des hitzegehärteten Harzes im Ele ment mit Außengewinde läßt sich nach folgender Gleichung berechnen:

R _w : Anteil des hitzegehärteten Harzes in Gewichtsprozent W _I , W _g : vgl. vorstehende Definition.

Wie bereits erwähnt, sind das Gewebe und das hitzegehärtete Harz im Element mit Außengewinde in einem Volumenverhält nis von 30/70 bis 65/35 vorhanden. Die Umwandlung von Ge wichtsprozent in Volumenprozent kann nach folgender Glei chung durchgeführt werden:

G _v : Anteil des Gewebes in Volumenprozent G _w : Anteil des Gewebes in Volumenprozent ρ _g : spezifisches Gewicht des Gewebes ρ _r : spezifisches Gewicht des hitzegehärteten Harzes.

Beispiel und Vergleichsbeispiel

Glasfaser-Garngewebe (Handelsprodukt der Asahi-Schwebel Co., Ltd., Japan) wird mittels einer NS-Längenschneidemaschine (Handelsbezeichnung einer mit einem Carbidschneider ausge rüsteten Längsschneidemaschine der Nishimura Seisakusho, Japan) zu 50 Bändern mit einer Breite von 1,0 cm und einer Länge von 200 m zerschnitten. Die Dichte beträgt 210 g/cm². Diese Bänder werden aufgespult und in einem Spulenhalter untergebracht. Diese Bänder werden sodann nach Durchlaufen einer kammartigen Führung in ein Kunstharzbad gezogen und in die in dem Kunstharzbad befindliche Kunstharzmasse ge taucht. Die Kunstharzmasse besteht aus 50 Gewichtsteilen AER 331 (Handelsbezeichnung für ein Epoxyharz der Asahi Kasei Kogyo K.K.), 50 Gewichtsteilen D.E.R. 438 (Handels bezeichnung eines Epoxyharzes der Dow Chemical Company, V.St.A.), 75 Gewichtsteilen Methyltetrahydrophthalsäure anhydrid als Härter und 5 Gewichtsteilen 2-Äthyl-4-methyl imidazol als Härtungsbeschleuniger. Die Imprägnierung der durch Zerschneiden des Garngewebes erhaltenen Bänder mit der Kunstharzmasse im Harzbad wird 3 Minuten lang durchge führt, wodurch man kunstharzimprägnierte Gewebebänder er hält. Diese werden aus dem Kunstharzbad entnommen, in 10 Gruppen von jeweils 5 kunstharzimprägnierten Gewebebändern eingeteilt und gleichzeitig gruppenweise durch entsprechende Ausnehmungen einer weiteren kammartigen Führung geführt. Nach Durchlaufen dieser Ausnehmungen verfestigen sich die in 10 Gruppen eingeteilten, kunstharzimprägnierten Gewebe bänder. Sie werden so angeordnet, daß sie aufeinander liegen. Die so angeordneten kunstharzimprägnierten Gewebe bänder werden in den Hohlraum (mit kreisförmigem Querschnitt) einer Hohlform eingezogen. Die Hohlform wird durch 2 elek trische Heizplatten zwischen denen die Form gehalten wird, auf 130°C erwärmt. Bevor die auf diese Weise angeordneten, kunstharzimprägnierten Gewebebänder in die Form gelangen, wird die überschüssige Kunstharzmenge von den Gewebebändern am Einlaß der Form ausgepreßt. Bei der Form handelt es sich um eine zweiteilige Form mit 2 Formhälften. Der Durch messer des hohlen Bereichs beträgt 12,5 mm und dessen Länge 1 m. Die Härtung der kunstharzimprägnierten Bänder in der Form wird in der Zeit durchgeführt, in dem sie den Form hohlraum durchwandern. Auf diese Weise erhält man konti nuierlich einen länglich geformten Stab. Dieser Stab wird am Auslaß der Form mit einer Geschwindigkeit von 12 cm/min herausgezogen. Das Einziehen der kunstharzimprägnierten Bändern in die Form und das Herausziehen des Stabes aus der Form erfolgt mittels einer Zugvorrichtung, die mit Quetsch walzen aus Gummi, zwischen denen der Stab festgehalten wird, ausgerüstet ist. Die Zugvorrichtung befindet sich in einem Abstand von 2 m von der Form, wodurch eine Abkühlzone ent steht. Der erhaltene längliche Stab wird in kurze Stabstücke mit einer Länge von jeweils 15 cm zerschnitten. Die zer schnittenen Stabstücke werden 3 Stunden bei 120°C und an schließend 5 Stunden bei 150°C nachgehärtet. Man erhält starke Stabstücke, die nachstehend als "Stab A" bezeichnet werden.

Die auf diese Weise erhaltenen starren Stabstücke werden auf ihren Umfangflächen mittels eines Gewindeschneideisens (M12 (standardisierte Größe gemäß japanischer Industrie norm B 0205), Teilung 1,75 mm) für einen Eisenbolzen mit einem Gewinde versehen, wodurch man einen M12-Bolzen er hält. An einem derartigen Bolzen wird auf die vorstehend beschriebene Weise der Anteil an Gewebe und hitzegehärtetem Harz ermittelt. Bezogen auf das Gesamtgewicht des Bolzens ergibt sich ein Anteil von 65 Gewichtsprozent Gewebe und 35 Gewichtsprozent hitzegehärtetem Harz.

Zu Vergleichszwecken werden M12-Bolzen (Teilung 1,75 mm) mit einer Länge von 15 cm aus einem Rundstab hergestellt, der gemäß dem Prepreg-Preßverfahren (Handelsprodukt der Shinmei Raito Kogyo K.K., Japan) (nachstehend als "Stab B" bezeichnet) unter Verwendung des vorerwähnten Gewindeschneid eisens erhalten wird.

An jeweils 5 Bolzen wird die Zugfestigkeit unter Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung auf folgende Weise be stimmt. Eine Meßdose (nicht abgebildet) wird oberhalb der oberen Spannvorrichtung 19 angeordnet. Die obere Spannvor richtung 19 und die untere Spannvorrichtung 19′ werden in entgegengesetzter Richtung gezogen, so daß eine Zugkraft an den Bolzen 20 und die Muttern 21 und 21′ (gleiche Muttern) über Beilagscheiben 22 und 22′ angelegt wird. Die Zugkraft wird so lange gesteigert, bis es zu einem Abscheren des Ge windes des Bolzens kommt oder der Bolzenschaft bricht. Die Belastung, bei der es zum Bruch des Gewindes oder des Bol zenschafts kommt wird mittels der Meßdose gemessen.

Die zur Bestimmung der Zugfestigkeit der Bolzen verwendeten Muttern werden folgendermaßen hergestellt.

24 Glasfaserstränge mit einer Feinheit von 2009 Tex (Nr. 1062-15, Handelsprodukt der PPG Industries, Inc., V.St.A.) werden in ein Kunstharzbad mit einem Gehalt an 100 Ge wichtsteilen AER 354 (Handelsbezeichnung für ein Epoxyharz der Asahi Kasei Kogyo K.K. Japan), 75 Gewichtsteilen HN 2200 (Handelsbezeichnung für Methyltetrahydrophthalsäurean hydrid der Hitachai Chemical Co., Ltd., Japan) als Här tungsmittel und 2 Gewichtsteilen ATC-3 (Handelsbezeichnung für N-(4′-Methoxybenzyliden)-4-alkylanilin mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, Handelprodukt der ICI Ja pan Ltd., Japan) als Härtungsbeschleuniger gezogen, wobei die Stränge mit dem Kunstharz imprägniert werden. Die ein zelnen Stränge werden aus dem Bad entnommen und durch eine Carbiddüse mit einem Durchmesser von 12,6 mm geleitet, wo durch die Menge des vom Strang transportierten Kunstharzes auf 23 ±1 Prozent, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Kunst harz und Strang, eingestellt wird. Anschließend werden die Stränge einer kammartigen Führung und einer auf einem Quer schlitten angeordneten halbkreisförmigen Führung zu einem Band von 6,4 cm Breite vereinigt. Das Band wird gleich mäßig in zwei unterschiedlichen Richtungen auf einen ro tierenden, zylindrischen Dorn mit einem Durchmesser von 92 cm und einer Länge von 180 cm in einem Steigungswinkel von 85°C aufgespult, wodurch auf der Dornoberfläche eine Schicht aus kunstharzimprägnierten Strängen entsteht. Die Strangschicht wird sodann entlang der Längsachse des Dorns geschnitten, so daß man eine faserverstärkte Kunstharz platte, die aus 2 sich voneinander in der Aufspulrichtung unterscheidenden Strangarten besteht, erhalten wird. Diese Platte läßt man 8 Stunden bei 40°C stehen, so daß der Zustand des Harzes in der Platte in den B-Zustand überge führt wird. Die Platte wird sodann in mehrere Stücke der Abmessungen 30 × 30 cm aufgeschnitten. 3 Stücke werden in einer auf 125°C aufgeheizten Form mit einem Formhohlraum von 30 cm Länge, 30 cm Breite und 5 cm Tiefe so gestapelt, daß die beiden, sich in der Aufspulrichtung unterscheiden den Strangarten des in der Mitte angeordneten Platten stücks so orientiert sind, daß sie zu den entsprechenden Strängen der beiden anderen Stücke in senkrechter Richtung stehen. Anschließend wird 1 Stunde bei einem Druck von 50 kg/cm² gepreßt. Man erhält eine Verbundplatte. Die Dicke dieser Platte beträgt 16,0 mm. 2 quadratische Stücke (22 × 22 mm) werden aus dieser Verbundplatte herausge schnitten. Die beiden Stücke werden mittels eines Bohrers mit einer Bohrung versehen, wodurch eine zentrale Bohrung, die sich in Axialrichtung erstreckt, entsteht. Die Innenflä che der Bohrung wird jeweils mittels einer Gewindebohr vorrichtung mit einem Gewinde versehen, so daß ein Gewinde entsteht, das zur Aufnahme eines M12-Bolzens (Teilung 1,75 mm) geeignet ist. Auf diese Weise erhält man 2 Muttern. Bezüglich der Herstellung der Muttern wird auf die am glei chen Tag eingereichte Patentanmeldung mit dem Titel "Mit einem Innengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoff element und Verfahren zu dessen Herstellung" verwiesen.

Die Untersuchungsergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß ein Element mit Außengewinde mit einer für praktische An wendungszwecke ausreichenden physikalischen Festigkeit leicht hergestellt werden kann, indem man einen Stab, der aus einer Mehrzahl von kunstharzimprägnierten Bändern er halten worden ist, mit einem Gewinde versieht. Das erfin dungsgemäße Element mit Außengewinde kann im Vergleich zum herkömmlichen Prepreg-Verfahren, bei dem nicht nur eine Verfahrensstufe zur Herstellung der Prepreg-Folien, sondern auch eine Verfahrensstufe zum Stapeln einer Mehr zahl von Prepreg-Folien erforderlich sind, unter wesent liche geringerem Kostenaufwand hergestellt werden.

Claims

1. Mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement mit einem Schaft und einem an der Außen fläche des Schafts angeformten Gewinde, insbesondere Schraube oder Gewindebolzen, in welchem der Schaft und das Gewinde jeweils eine Mehrzahl von kunstharzimprägnierten Garnbändern aufweist, die sich längs der Schaftachse und bis in die Gewindegänge erstrecken,
die kunstharzimprägnierten Garnbänder aus einem hitzegehärteten Harz und einem Gewebe bestehen, wobei das Gewebe eine Mehrzahl von ersten Fasersträngen, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und sich längs der Schaftachse erstrecken und eine Mehrzahl von zweiten Fasersträngen, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und im wesentlichen senkrecht zu den ersten Fasersträngen stehen, aufweist und die ersten und zweiten Faserstränge die Kettfäden bzw, Schußfäden des Gewebes darstellen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Garnbänder eine Breite, gemessen zwischen den beiden außen an den Längsseiten des Gewebes liegenden Kettfäden, von etwa dem 0,2- bis etwa 3fachen des maximalen Durch messers des mit einem Gewinde versehenen Elements aufweisen, daß das Gewinde Bereiche mit den zweiten Strängen aufweist, von denen die meisten sich im wesentlichen radial vom Schaft in das Gewinde erstrecken und innerhalb des Gewindes enden und wobei im Gewinde kein Bereich vorhanden ist, in dem über eine kontinuierliche Länge von 20% oder mehr, be zogen auf die Umfangslänge des Gewindes, keine derartigen Strangbereiche vorliegen.

2. Mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gewebe und das hitzegehärtete Harz in einem Volumenverhältnis von 30/70 bis 65/35 vorhan den ist.

3. Mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Kunstharz aus der Gruppe Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyacrylatharze und Phenolharze ausgewählt ist.

4. Mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Stränge jeweils eine Zugfestigkeit von 1000 bis 5500 N/mm² und einen Spannungsmodul von 60 000 bis 1 200 000 N/mm² aufweisen.

5. Mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fasern aus der Gruppe Glasfa sern, Aramidfasern, Kohlenstoffasern, Borfasern und Sili ciumcarbidfasern ausgewählt sind.

6. Mit einem Außengewinde versehenes, faserverstärktes Kunststoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfäden der Garnbänder mindestens an einer Seitenkante des Gewebes in bezug zum äußersten Kettfaden in einer Länge von etwa 1 bis etwa 10 mm seitlich vorstehen.

7. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Außengewinde versehenen, faserverstärkten Kunststoffelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem man eine Mehrzahl von Garn bändern mit einem hitzehärtbaren Kunstharz imprägniert, die kunstharzimprägnierten Bänder in einer Hohlform unter Er wärmung zu einem Stab formt, den Stab aus der Form ent nimmt und die Umfangsfläche des Stabes mit einem Gewinde versieht, dadurch gekennzeichnet, daß man die kunstharzimprägnierten Garnbänder, deren Breite, gemessen zwischen den beiden außen an der Längsseite des Gewebes liegenden Schußfäden, etwa dem 0,2- bis etwa 3fachen des maximalen Durchmessers des mit einem Gewinde versehenen Elements entspricht, in eine längliche Hohlform mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt zieht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Härtung des Kunstharzes der kunstharzimprägnierten Garnbänder beim kontinuierlichen Durchziehen der kunstharzimprägnierten Garnbänder durch die hohle Form erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß man den Stab nach dem Entfernen aus der Form einer Nachhärtung unterzieht.