DE4016427A1 - Schrauben bzw. gewindestaebe aus faserverstaerkten thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Schrauben bzw. gewindestaebe aus faserverstaerkten thermoplastischen kunststoffen

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Description

Die Erfindung betrifft Schrauben bzw. Gewindestäbe aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen. Im Gegensatz zu bereits auf dem Markt be­ findlichen Schrauben aus thermoplastischem und duroplastischem Material wird durch gezielte Faserverstärkung eine Optimierung der mechanischen Eigenschaften erreicht.
Im Kernbereich werden dazu Langfasern (5-10 mm) aus Glas, Kohle, Aramid o. a. vorwiegend axial ausgerichtet angeordnet. Im äußeren Bereich, d. h. im Gewindebereich, werden dagegen Kurzfasern (ca. 0,15 mm) eingebracht. Der Vorteil gegenüber Schrauben mit duroplastischen Matrixmaterialien liegt neben einer höheren Schlagzähigkeit besonders in einer möglichen Wiederaufarbeitbarkeit. Dem Nachteil des Kaltfließens des thermoplasti­ schen Matrixmaterials wird durch die Faserverstärkung entgegengewirkt. An­ wendungsmöglichkeiten solcher faserverstärkter Gewindeteile ergeben sich besonders aufgrund der Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien (z. B. bei der Rauchgasentschwefelung).
Im folgenden wird dargestellt, wie für Schrauben bzw. Gewindestäbe (Fig. 1) aus thermoplastischem Material das Eigenschaftsprofil vom inneren Bereich zur Außenschicht hin optimiert werden kann.
Ausgangsmaterial sind kreisrunde Vollstangen, die mittels Coextrusion her­ gestellt werden. Für den Kernbereich (1) wird thermoplastisches Granulat mit 5-10 mm Langfasern in einem Extruder aufbereitet. Für den äußeren (2) Bereich wird in einem zweiten Extruder thermoplastisches Granulat mit Kurzfasern aufbereitet.
Mittels eines 2-Komponenten-Coextrusionswerkzeuges (Fig. 2) werden beide Schmelzen gleichzeitig so extrudiert, daß sich die gewünschte koaxiale An­ ordnung, innen Langfasern, außen Kurzfasern als Verstärkung ergibt. Die Langfasern im inneren Kernbereich sind durch den Extrusionsfließvorgang vorwiegend axial ausgerichtet. Sie übertragen axial wirkende Vorspann- und Betriebskräfte und verringern den Kaltfluß (Relaxation, Retardation) des thermoplastischen Matrixmaterials.
Die Kurzfasern im äußeren Bereich übertragen dagegen insbesondere Abscher­ kräfte in den Gewindegängen und haben den Vorteil, daß sie eine Gewinde­ aufbringung durch Kaltumformen ermöglichen. Die Kurzfasern werden infolge der Gewindeprofilierung mittels Gewinderollköpfen oder -maschinen in ihrer Geometrie so verlagert, daß sich ein Faserverlauf ergibt, der die Grenz­ festigkeiten des Gewindes gegenüber einem geschnittenen Gewinde deutlich erhöht.
Durch den Preß-Reck-Vorgang beim Kaltgewindeformen ergibt sich zusätzlich eine Eigenverstärkung des Matrixmaterials.

Claims (8)

1. Schrauben bzw. Gewindestäbe aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Optimierung der mechani­ schen Eigenschaften einerseits im inneren Bereich Langfasern (5-10 mm) und im äußeren Bereich Kurzfasern (0,1-0,15 mm) angeordnet und andererseits in die äußere kurzfaserverstärkte Schicht Gewinde kalt eingerollt werden.
2. Vorrichtung bzw. Verfahren zur Herstellung von Schrauben bzw. Gewinde­ stäben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zweier Extru­ der und eines Coextrusionswerkzeuges die entsprechend Anspruch 1 koaxiale Faserverteilung erreicht werden kann.
3. Vorrichtung bzw. Verfahren entsprechend Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch weitere Extruder und ein entsprechendes Coextrusions­ werkzeug das Eigenschaftsprofil über den Querschnitt der Gewindestäbe durch mehr als zwei koaxial angeordnete Kombinationen von Matrix, Verstär­ kungs- und/oder Füllstoffen den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann. Zum Beispiel, daß zwecks Erniedrigung des Reibungsfaktors im äu­ ßersten Bereich entsprechende Zusätze bzw. Füllstoffe vorgesehen werden.
4. Schrauben aus thermoplastischem Material, bestehend aus einem Schaftan­ teil entsprechend Anspruch 1 und einem Schraubenkopf, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rohlinge anstelle von Coextrusion durch ein spezielles Mehr­ komponentenspritzgießverfahren hergestellt und diese Rohlinge zu einem späteren Zeitpunkt mit Gewinde berollt werden.
5. Schrauben entsprechend Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge­ winde gleich mit angespritzt werden.
6. Schrauben entsprechend Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an­ gespritzten Gewinde zwecks Erhöhung der Festigkeiten kalt nachgerollt werden.
7. Schrauben bzw. Gewindestäbe entsprechend Anspruch 1 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet daß entweder anstelle von Kurzfasern oder zusätzlich in die äußere Schicht Mikrokugeln aus Glas o. a. eingebracht werden.
8. Rundstangen aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff, herge­ stellt nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch ver­ schiedenste Nachbearbeitungsmethoden, wie Drehen, Glattrollen, Warmumfor­ men u. a. für die Herstellung von Achsen, Wellen u. a. Konstruktionsteilen verwendet werden können.
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