DE4202335A1 - Tennisschlaegerrahmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Tennisschlägerrahmen aus rohrförmigem Faserverbundwerkstoff auf Basis von Thermoplastfaser/Kohlen­ stoffaser-Hybridgarn. Hybridgarne, in denen Thermoplastfa­ sern und Verstärkungsfasern innig vermischt sind, werden in den letzten Jahren in zunehmendem Maße zur Herstellung von Hochleistungsverbundwerkstoffen verwendet. Die Hybridgarne sowie daraus hergestellte Flächengebilde, z. B. Geflechte, sind sehr flexibel und deshalb beliebig verformbar. Wenn man sie durch Verpressen bei Temperaturen oberhalb des Erwei­ chungspunktes des Thermoplasten konsolidiert, schmilzt die­ ser und bildet eine Matrix, in der die Verstärkungsfasern in Vorzugsrichtung orientiert eingelagert sind.

Aus derartigen Hybridgarngeflechten werden auch Tennisschlä­ gerrahmen hergestellt. Man geht dabei von einem rohrförmigen Geflecht aus, in das man einen aufblasbaren Schlauch ein­ führt. Das Geflecht wird in Form eines Tennisschlägers zu­ sammengelegt. Dieses Gebilde wird in eine Metallform einge­ legt, der Schlauch wird aufgeblasen, und das Werkzeug wird erhitzt, so daß das Geflecht zu einem faserverstärkten Rohr konsolidiert. Probleme bereitet dabei der Aufbau der "Brücke" zwischen den beiden Schenkeln des Griffes, weiche zur Stabilisierung des Schlägers notwendig ist.

Es ist nicht möglich, den aufblasbaren Schlauch, der im äu­ ßeren Rahmen des Tennisschlägers liegt, auch in die Brücke zu verlegen, um damit die Brücke an das Rohr, aus dem der Rahmen geformt wird, direkt anzubinden und beide gemeinsam unter Druck zu setzen. Man hat deshalb schon versucht, ein brückenförmiges Gebilde aus duroplastischem Polyurethan­ schaum mit Hybridgarngeflecht zu überziehen, dieses Gebilde zwischen die Schenkel des Rahmens einzulegen und zusammen mit dem Rahmen zu konsolidieren. Dabei entsteht aber kein genügender Innendruck in der Brücke, so daß hier das Hybrid­ garngeflecht nicht ausreichend konsolidiert wird. Dies führt zu porösen Schwachstellen, welche bei den hohen Torsions- und Zugbelastungen, welchen gerade die Brücke des Tennis­ schlägers ausgesetzt ist, Anlaß zu Bruch geben kann.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, eine bessere Lösung für das genannte Problem zu finden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man Granulat oder einen Strang aus treibmittelhaltigem thermo­ plastischem Kunststoff in das Hybridgarngeflecht, welches die Brücke bilden soll, einfüllt. Beim Erhitzen des Werk­ zeugs schäumt der treibmittelhaltige Kunststoff auf und je nach Menge des Treibmittels bildet sich in der Brücke ein genügend hoher Innendruck aus.

Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Tennisschläger­ rahmen aus einem gebogenen, hohlen Rohr, dessen Enden zusam­ menlaufen und den Griff bilden, wobei die Wand des Rohres aus konsolidiertem Thermoplastfaser/Kohlenstoffaser-Hybrid­ garn besteht, und die Brücke zwischen den Schenkeln des Griffes ebenfalls ein Rohr aus konsolidiertem Thermoplastfa­ ser/ Kohlenstoffaser-Hybridgarn ist, welches aber mit einem geschäumten thermoplastischen Kunststoff einer Dichte zwischen 20 und 400 g/l gefüllt ist.

Abbildung 1 zeigt eine Skizze des fertigen Tennisschläger­ rahmens, wobei mit (1) der Griff, mit (2) die beiden Schen­ kel und mit (3) die Brücke bezeichnet sind.

Hybridgarn aus Kohlenstoffasern und Thermoplastfasern sowie ein bevorzugtes Verfahren zu seiner Herstellung und die Ver­ arbeitung zu Verbundwerkstoffen sind in EP-B 156 599 be­ schrieben. Dort wird auch erwähnt, daß aus dem Hybridgarn Gewebe hergestellt werden kann, das man zu Verbundkörpern, z. B. Tennisschlägerrahmen verarbeiten kann.

Bevorzugte thermoplastische Kunststoffe für die Thermoplast­ fasern sind z. B. Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Po­ lybutylenterephthalat, Polyphenylensulfid, Polysulfone, Po­ lyethersulfone und Polyetherketone; besonders geeignet sind Polyamide, wie Polyamid-6 und Polyamid-6,6.

Die thermoplastischen Kunststoffe für den Kunststoffschaum können grundsätzlich die gleichen Thermoplasten sein, wie die, aus denen die Fasern bestehen. Die Erweichungspunkte sollen in der gleichen Größenordnung oder etwas niedriger liegen. Grundsätzlich sollen die Thermoplaste so gewählt werden, daß die Erweichungstemperatur des treibmittelhalti­ gen thermoplastischen Kunststoffs etwas niedriger liegt als die Temperatur, bei der das Hybridgarn konsolidiert wird. Bevorzugt sind Polyamide, Polyester und Polyetherimide sowie Polysulfone und Polyethersulfone.

Das Granulat bzw. der Strang aus treibmittelhaltigem thermo­ plastischem Kunststoff kann, wie z. B. in DE-A 39 25 740 be­ schrieben, durch Extrudieren von treibmittelhaltigem Granu­ lat hergestellt werden. Als Treibmittel kommen bevorzugt niedrig siedende Flüssigkeiten in Frage, die den Thermopla­ sten nicht lösen, sondern höchstens quellen, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 20, insbesondere von 2 bis 10 Gew.-%. Geei­ gnete Treibmittel sind z. B. halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan und Chlorbenzol, Ketone, wie Aceton und Methylethylketon, Ether, Alkohole, Wasser und Gemische da­ von. Grundsätzlich können auch chemische Treibmittel, wie Azoverbindungen und Carbonate verwendet werden.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Tennisschlägerrahmens wird zunächst ein rohrförmiges Geflecht aus dem Hybridgarn gebildet. Der Durchmesser des Rohrgeflechts richtet sich da­ nach, wie dick der Rahmen an der jeweiligen Stelle sein soll; am Griff ist das Rohr im allgemeinen dicker als am ovalen Ring. Die Wanddicke des Geflechts liegt in der Grö­ ßenordnung von 1 bis 2 mm. Man führt dann einen flexiblen, dünnwandigen (0,05 bis 2,0 mm) aufblasbaren Schlauch, vor­ zugsweise aus einem Kautschuk oder aus einer hochschmelzen­ den Kunststoffolie, in das rohrförmige Geflecht ein, an­ schließend wird das rohrförmige Geflecht in Form eines Ten­ nisschlägerrahmens zusammengelegt.

Nun wird die Brücke gebildet. Dazu formt man wieder ein rohrförmiges Hybridgarngeflecht, welches etwa die Länge der späteren Brücke hat und an beiden Enden jeweils zwei zungen­ förmige Segmente aufweist. In dieses Geflecht wird treibmit­ telhaltiges Thermoplast-Granulat bzw. Thermoplast-Strang eingegeben, zweckmäßigerweise in einem flachgelegten, fle­ xiblen, dünnwandigen Schlauch, vorzugsweise aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff wie die Thermoplastfasern oder einem höherschmelzenden Kunststoff. Die Menge des eingefüll­ ten Granulats sowie die Menge des darin enthaltenen Treib­ mittels bestimmen die Dichte des Schaums, der sich beim Er­ hitzen bildet, sowie den Innendruck, der dabei aufgebaut werden soll. Die Dichte soll zwischen 20 und 400 g/l, insbe­ sondere zwischen 50 und 200 g/l liegen; der Innendruck in der Größenordnung von 5 bis 10 bar. Dieses Stück rohrförmi­ gen Hybridgeflechts wird dann als Brücke so zwischen die Schenkel des Rahmens gelegt, daß die beiden Schenkel von den zungenförmigen Segmenten an den Endes des Geflechts umfaßt werden. Dieser Zustand ist in Abbildung 2 dargestellt.

Das Gebilde wird dann in eine zweiteilige Metallform gelegt, deren Innenflächen der gewünschten Form des fertigen Tennis­ schlägerrahmens entsprechen. Die Form wird geschlossen und der Schlauch wird zu einem Innendruck in der Größenordnung von 5 bis 10 bar aufgeblasen, wodurch das Hybridgarngeflecht gegen die Formwand gepreßt wird. Das Werkzeug wird dann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Thermoplast­ fasern erhitzt und etwa 5 bis 30 min bei dieser Temperatur gehalten. Das Aufblasen des Schlauchs kann auch gleichzeitig mit oder nach dem Erhitzen des Werkzeugs vorgenommen werden. Im Fall der Verwendung von Polyamidfasern liegt die Werk­ zeugtemperatur bei etwa 300°C. Dabei verschmelzen die Fasern zu einer konsolidierten Kunststoffmatrix, in der die Kohlen­ stoffasern orientiert eingelagert sind. Dabei verbinden sich auch die beiden Enden des Rohres und bilden den Griff des Schlägers, ferner verbinden sich die zungenförmigen Segmente der Brücke mit den Schenkeln, so daß die Brücke fest in den Rahmen eingebunden wird. Bei ausreichend hoher Werkzeugtem­ peratur schmilzt auch das Thermoplastgranulat in der Brücke auf, gasförmiges Treibmittel wird freigesetzt und preßt die Wände des die Brücke bildenden Geflechts fest an die Form­ wand, so daß auch dieses Hybridgarngeflecht konsolidiert. Das Werkzeug wird dann abgekühlt, der fertige Rahmen ent­ formt und gegebenenfalls nachbearbeitet. Der flexible Schlauch kann herausgezogen oder im Rahmen belassen werden.

Claims (5)

1. Tennisschlägerrahmen aus einem gebogenen, hohlen Rohr, dessen Enden zusammenlaufen und den Griff bilden, wobei die Wand des Rohres aus konsolidiertem Thermoplastfaser/ Kohlenstoffaser-Hybridgarn besteht, dadurch gekennzeich­ net, daß die Brücke (3) zwischen den Schenkeln (2) des Griffes (1) ebenfalls ein Rohr aus konsolidiertem Ther­ moplastfaser/Kohlenstoffaser-Hybridgarn ist, welches mit einem geschäumten thermoplastischen Kunststoff einer Dichte zwischen 20 und 400 g/l gefüllt ist.

2. Tennisschlägerrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Thermoplastfasern aus einem Polyamid bestehen.

3. Tennisschlägerrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoffschaum aus einem Polyamid, einem Polysulfon oder einem Polyethersulfon besteht.

4. Verfahren zur Herstellung des Tennisschlägerrahmens nach Anspruch 1, umfassend folgende Verfahrensschritte:

• - man bildet ein rohrförmiges Geflecht aus Thermo­ plastfaser/Kohlenstoffaser-Hybridgarn,
• - man führt einen flexiblen, dünnwandigen, aufblasba­ ren Schlauch in das rohrförmige Geflecht ein,
• - man legt das rohrförmige Geflecht in Form eines Tennisschlägerrahmens zusammen,
• - man legt ein Stück rohrförmiges Hybridgarngeflecht als Brücke (3) so zwischen die Schenkel (2) des Rahmens, daß die beiden Schenkel von jeweils zwei zungenförmigen Segmenten des die Brücke bildenden Hybridgarngeflechts umfaßt werden,
• - man legt das Gebilde in eine zweiteilige Metallform ein und schließt diese,
• - man bläst den Schlauch auf, so daß er auf das Hybridgarn-Geflecht einen Druck ausübt und dieses gegen die Formwand preßt,
• - man erhitzt das Werkzeug auf eine Temperatur ober­ halb des Schmelzpunktes der Thermoplastfasern, wo­ bei das Hybridgarngeflecht zu einem faserverstärk­ ten Rohr konsolidiert,
• - man kühlt das Werkzeug ab und entformt, dadurch gekennzeichnet, daß das Hybridgarngeflecht, wel­ ches die Brücke (3) bildet, teilweise mit Granulat oder einem Strang aus einem treibmittelhaltigen thermoplasti­ schen Kunststoff gefüllt ist, welches beim Erhitzen des Werkzeugs auf schäumt und dadurch einen Druck auf das Hy­ bridgarngeflecht ausübt, welcher dieses gegen die Form­ wand preßt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das treibmittelhaltige Granulat in einem flexiblen, dünnwandigen, aufblasbaren Schlauch enthalten ist, wei­ cher in das Hybridgarngeflecht der Brücke (3) eingerührt wurde.