DE4430980A1

DE4430980A1 - Rohrförmiges Teil

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Publication number: DE4430980A1
Application number: DE4430980A
Authority: DE
Inventors: Muneki Okada
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: US5721030A; FR2709441B1; FR2709441A1; GB2281491B; IT1279371B1; GB9417703D0; ITMI941803A0; GB2281491A; DE4430980B4; ITMI941803A1

Description

Allgemeines zur Erfindung 1. Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein rohrförmiges Teil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere auf ein rohrförmiges Teil, das Wickellagen aus einer Vielzahl von Lagen aus vorimprägniertem Fasermaterial aufweist, beispielsweise zur Verwendung bei einer Angelrute oder beim Schaft eines Golfschlägers.

2. Stand der Technik

Bei einem herkömmlichen rohrförmigen Teil der vorstehend genannten Art wird eine Zwischenlage desselben durch Aufwickeln eines vorimprägnierten Fasermaterials, eines sogenannten Prepregs, aus Polyacrylnitril- bzw. Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern, die nachfolgend als PAN-Kohlenstoff-Fasern bezeichnet werden, gebildet.

Bei dem genannten Aufbau weist das rohrförmige Teil ein zunehmend höheres Elastizitätsmodul auf, je größer der Betrag seiner Biegung ist, und damit besteht eine Neigung zum allmählichen Verlust seiner Flexibilität. Beispielsweise sind in Tabelle 1 und in Fig. 1 Zahlenwerte für das Verhältnis α zwischen dem jeweils gemessenen Wert der Biegung und dem theoretisch berechneten Wert (d. h. den theoretischen Werten) derselben angegeben. Zur Ermittlung der theoretischen Werte für den Betrag der Biegung wird ein Elastizitätsmodul, das durch einen Biegeversuch unter Einsatz einer flachen Platte ermittelt wird, dadurch neu berechnet, daß es in einen maßanalytischen Anteil der Kohlenstoffasermenge umgerechnet wird, und aus diesem umgerechneten Wert des Biege-E-Moduls (ausgewiesen in Tabellen 1, 2 und 4) dann der theoretische Wert abgeleitet wird. In vielen Fällen stimmt der gemessene Wert des Betrags der Biegung nicht mit dem theoretischen Wert des Biegebetrags überein, beispielsweise wegen möglicher Schwankungen des Anteils der Kohlenstoffasermenge oder der Harzmenge infolge der Zusammensetzung der eingesetzten Werkstoffe. Wie aus Fig. 1 deutlich zu entnehmen ist, wird bei einem rohrförmigen Teil, das aus einem vorimprägnierten Fasermaterial mit PAN-Kohlenstoff-Fasern besteht, das Verhältnis α zwischen dem gemessenen und dem theoretischen Betrag der Biegung umso kleiner, je höher die im Versuch eingesetzte Belastung ist, d. h. je weiter der Betrag der Biegung ansteigt. Dies bedeutet, daß bei einem Anstieg des Biegebetrags das gemessene E- Modul höher wird als das in der theoretischen Berechnung eingesetzte E-Modul, was somit zu einer Abnahme der Flexibilität führt.

Aus diesem Grund büßt bei Verwendung des Elements bei einer herkömmlichen Angelrute mit einer aus PAN-Kohlenstoff-Faser aufgebauten Zwischenlage diese Angelrute an Flexibilität ein, wenn sie sich beim Herausziehen eines Fisches biegt. Damit ist bei der Angelrute eine ausreichende Elastizität nicht mehr gegeben, so daß sie einer vom Fisch kommenden relativ starken Zugkraft nicht mehr standhalten kann und infolgedessen unter Umständen die Angelschnur leicht abreißt oder sich der Haken leicht vom Fisch löst. Wegen des Unterschieds im Betrag der Biegung bei einem Fisch am Haken und im Falle, daß kein Fisch am Haken hängt, vermittelt die Angelrute außerdem ein unterschiedliches Gefühl für die Rute, wodurch die Tätigkeit des Angelns bzw. Fischens als solche schwierig wird.

Wenn das vorstehend beschriebene rohrförmige Teil als Schaft bei einem Golfschläger verwendet wird, so ergibt sich beim harten Aufschlag des Schlägerkopfes tief in den Boden in ähnlicher Weise eine beträchtliche Biegung des Schlägerschafts und gleichzeitig ein Verlust eines großen Teils seiner Flexibilität. Damit kann der Schlägerschaft dadurch leicht beschädigt werden.

Ein denkbares Verfahren zur Umgehung des vorstehend erläuterten Nachteils besteht darin, entlang der Längserstreckung der Zwischenlage eine Pech-Kohlenstoff-Faser zu verwenden.

Tabelle 1

In Tabelle 2 und in Fig. 2 sind die Kenndaten bzw. Kennlinien für den jeweiligen Biegebetrag W bei Angelruten mit einer Zwischenlage aus einem mit Harz getränkte Pech-Kohlenstoff-Fasern enthaltenden vorimprägnierten Fasermaterial ausgewiesen.

Gemäß Fig. 2 bleibt das Verhältnis α, das sich auf das Verhältnis zwischen dem gemessenen und dem theoretisch ermittelten Betrag der Biegung bei einer Belastung von 200 g bezieht, bei einer Belastung mit 400 g im wesentlichen unverändert. Gegenüber dem Fall einer Belastung mit 400 g werden die charakteristischen Werte für eine Belastung von 600 g in jeder Hinsicht besser. Dies bedeutet, daß das rohrförmige Teil immer noch eine ausreichende Elastizität behält, auch wenn der Biegebetrag W, d. h. die Größe der Biegung, deutlich ansteigt. Wird nun dieses rohrförmige Teil bei einer Angelrute eingesetzt, so kann diese Angelrute damit unter Umständen einer plötzlich einwirkenden Zugkraft, die vom Fisch ausgeübt wird, ausreichend standhalten.

Wird das rohrförmige Teil dagegen ausschließlich aus Pech- Kohlenstoff-Fasern gebildet, so kann es zwar eine hohe Elastizität aufweisen, doch besitzt es dagegen keine ausreichende mechanische Festigkeit mehr. Wirkt auf dieses rohrförmige Teil nun eine Biegekraft ein, so wird ein gebogener Abschnitt des rohrförmigen Teiles so zusammengedrückt, daß sich die Querschnittsfläche desselben verformt und eine im wesentlichen ovale Form annimmt. Damit wirkt auf eine Innenlage im Bereich der größeren Achse dieses im wesentlichen ovalen Querschnitts eine Druckkraft ein, während auf eine Außenlage desselben eine Zugkraft einwirkt. Verstärkt sich nun diese Biegekraft, entsteht eine Neigung zur Rißbildung bzw. zum Brechen in dem rohrförmigen Teil, das ausschließlich aus Pech-Kohlenstoff- Fasern gebildet ist.

Damit das rohrförmige Teil beispielsweise als Angelrute verwendet werden kann, muß somit dieses Teil ein hohes Elastizitätsmodul aufweisen, und dabei dennoch seine mechanische Festigkeit in der erforderlichen Größe beibehalten.

Tabelle 2

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in erster Linie darin, die vorstehend umrissenen Nachteile im Stand der Technik zu beseitigen und ein rohrförmiges Teil zu schaffen, das für eine Verwendung beispielsweise bei einer Angelrute oder einem Golfschläger geeignet ist und sowohl hinsichtlich seiner Handhabbarkeit als auch seiner Festigkeit hervorragende Eigenschaften besitzt.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem rohrförmigen Teil gelöst, das sich durch folgendes auszeichnet:
eine aus Kohlenstoff-Fasern und Harz aufgebaute und rohrförmig ausgebildete Innenlage,
eine Zwischenlage, welche eine Vielzahl von Schichten aufweist, die aus Kohlenstoff-Fasern und Harz aufgebaut sind, wobei mindestens eine aus der Vielzahl von Schichten Pech-Kohlenstoff- Fasern enthält; und
eine Außenlage, die aus Kohlenstoff-Fasern und Harz aufgebaut und rohrförmig ausgebildet ist.

Dabei ist die Zwischenlage dadurch gebildet, daß ein vorimprägniertes Fasermaterial, das mit Harz getränkte Pech-Kohlenstoff- Fasern enthält, und ein weiteres vorimprägniertes Fasermaterial, das mit Harz getränkte PAN-Kohlenstoff-Fasern enthält, aufgewickelt wurden.

Tabelle 3 zeigt die charakteristischen Werte für typische Pech-Kohlenstoff-Fasern und PAN-Kohlenstoff-Fasern. Wie dieser Tabelle 3 entnommen werden kann, erbringen die PAN-Kohlenstoff-Fasern eine höhere Druck- bzw. Verdichtungsfestigkeit als die Pech- Kohlenstoff-Fasern, und besitzen dabei andererseits ein geringes Zug-E-Modul als das letztgenannte Material.

Tabelle 3

Des weiteren sind in Tabelle 4 und in Fig. 4 die charakteristischen Werte für das Biegeverhalten rohrförmiger Teile mit einer großen Zahl unterschiedlich aufgebauter Hybridkonstruktionen ausgewiesen, von denen jede eine Zwischenlage aufweist, die durch Aufwickeln eines vorimprägnierten Fasermaterials, das Pech-Kohlenstoff- Fasern enthält, und durch Überwickeln eines vorimprägnierten Fasermaterials hergestellt ist, welches PAN-Kohlenstoff-Fasern enthält.

Tabelle 4

Gemäß Fig. 3 nähert sich im Falle eines hybrid aufgebauten Teils 1 bei einer Belastung von 600 g, die eine starke Biegung hervorruft, das Verhältnis α des gemessenen Biegebetrags zu dem theoretisch ermittelten Betrag der Biegung 100% an. Dies bedeutet, daß bei kleiner werdendem Wert des gemessenen E-Moduls des rohrförmigen Teils dieser Meßwert sich dem theoretischen Wert des E- Moduls annähert, wie er bei der Berechnung des theoretischen Betrags der Biegung eingesetzt wurde. Im Falle eines hybrid aufgebauten Teils 2 verändert sich bei einer Veränderung der Prüflast von 200 g auf 400 g und dann auf 600 g das Verhältnis kaum. Damit kann das E-Modul dieses Teils als im wesentlichen konstant angesehen werden. Im Falle eines dritten hybriden Teils 3 übersteigt zwar das E-Modul den theoretisch für eine Last von 400 g berechneten Wert, doch auch hier nähert sich das Modul leicht dem für die Belastung mit 600 g ermittelten theoretischen Wert an.

Wie vorstehend erläutert hat sich bestätigt, daß es möglich ist, den Vorteil eines hohen E-Moduls, das eine typische Eigenheit der Pech-Kohlenstoff-Faser ist, auch dann zu nutzen, wenn diese Pech-Kohlenstoff-Faser in Verbindung mit der PAN-Kohlenstoff-Faser verwendet wird.

Aus diesem Grund ist es möglich, daß bei Verwendung des vorstehend beschriebenen rohrförmigen Teils als Angelrute diese auch wenn ausreichend flexibel bleiben kann, wenn sich die Angelrute dadurch biegt, wenn ein Fisch daran zieht. Damit kann die Angelrute auch einer stärkeren Zugkraft in ausreichendem Maße widerstehen, wodurch Unannehmlichkeiten und Fehler wie das Reißen einer Angelschnur oder das Lösen des Hakens vom Fisch wirksam vermieden werden können. Wenn außerdem dieses Teil als Schaft eines Golfschlägers eingesetzt wird, treten am Schaft kaum Schäden auf, da dessen Innen- und Außenlage auch dann noch ausreichend fest bleiben können, wenn auf den Schaft eine starke Reaktionskraft einwirkt, die zu einem beträchtlichen Biegemaß führen kann.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, in welcher:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Biegeverhältnisse bei herkömmlichen rohrförmigen Teilen zeigt, bei denen PAN-Kohlenstoff- Fasern verwendet werden;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Flexionsverhältnisse bei rohrförmigen Teilen zeigt, bei denen in einer Zwischenlage Pech-Kohlenstoff-Fasern verwendet werden;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Biegeverhältnisse bei hybrid aufgebauten Teilen zeigt;

Fig. 4 den Aufbau einer Meßanordnung zum Messen der Biegung zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines gebogenen rohrförmigen Teils in X- und Y-Koordinaten ist, welches in eine Vielzahl gleich langer Abschnitte unterteilt ist;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, bei welchem ein rohrförmiges Teil durch Aufwickeln eines vorimprägnierten Fasermaterials gebildet ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht des rohrförmigen Teils nach diesem Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, bei welchem ein rohrförmiges Teil durch Aufwickeln eines vorimprägnierten Fasermaterials hergestellt wird;

Fig. 9 eine Schnittansicht des rohrförmigen Teils in dieser Ausführungsform ist, und

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines rohrförmigen Teils in Schnittansicht zeigt, bei welchem das rohrförmige Teil eine in mehreren Schichten angeordnete Zwischenlage aufweist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Vor einer Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung wird zunächst das Verfahren beschrieben, das zur Messung der in Tabellen 1, 2 und 4 ausgewiesenen Biegewerte W herangezogen wurde.

Gemäß Fig. 4 weist eine Meßanordnung X zur Messung des Betrags der Biegung einen Einspanntisch 3 auf, an welchem ein Prüfling 1 befestigt wird, der zu einem Prüfstück von 1 m Länge zugeschnitten ist; ferner weist die Meßanordnung einen Rundstab 5 zur Befestigung am stumpfen Ende des Prüflings 1, einen weiteren Rundstab 7 zur Befestigung am Vorderende des Prüflings 1, ein Gewicht 9 und eine Meßlatte bzw. ein Ableseteil 11 auf. Die Steifigkeit des Einspanntisches 3 ist groß genug, damit die darauf vorzunehmenden Messungen nicht nachteilig beeinflußt werden.

Zunächst zu dem Prüfling 1, mit dem die in Tabelle 4 ausgewiesenen Ergebnisse gemessen wurden; hierbei wurde zur Bildung der Innen- und Außenlage A und C des hydrid aufgebauten Teils Hybrid 1 eine PAN-Kohlenstoff-Faser verwendet. Diese PAN-Kohlenstoff- Faser weist ein Elastizitätsmodul von 24 t/mm² auf, sowie eine Kohlenstoff-Faser-Dichte von 27,5 g/m² und einen Harzanteil von 42 Gew.-%, Weiterhin wurde eine Zwischenlage B auf dem Prüfling 1 durch Kombination einer PAN-Kohlenstoff-Faser mit einer Pech-Kohlenstoff- Faser gebildet, wobei die PAN-Kohlenstoff-Faser ein Elastizitätsmodul von 40 t/mm², eine Kohlenstoff-Faser-Dichte von 150 g/m² und einen Harzanteil von 24 Gew.-% aufwies, während die Pech- Kohlenstoff-Faser ein Elastizitätsmodul von 70 t/mm², eine Kohlenstoff- Faser-Dichte von 150 g/m² bzw. einen Harzanteil von 25 Gew.-% besaß.

Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen und hybrid aufgebauten Teil 1 wurde bei einem Teil Hybrid 2 in der Zwischenlage B die Reihenfolge der Anordnung der PAN-Kohlenstoff-Fasern und der Pech-Kohlenstoff-Fasern auf der Innenseite und Außenseite vertauscht.

Ein Teil Hybrid 3 weist eine aus drei Schichten aufgebaute Zwischenlage B auf, wobei die Innen- und Außenschicht dieser Zwischenlage jeweils aus PAN-Kohlenstoff-Fasern bestehen. Die Innen- und Außenlage A und C dieses hybrid aufgebauten Teils Hybrid 3 sind genauso wie bei dem erstgenannten Beispiel Hybrid 1. Die bei diesem Teil Hybrid 3 verwendeten PAN-Kohlenstoff-Fasern weisen ein Elastizitätsmodul von 40 t/mm², eine Kohlenstoff-Faser-Dichte von 75 g/m² und einen Harzanteil von 24 Gew.-% auf.

Die Rundstäbe 5 und 7 weisen gezogenes Material mit konisch zulaufendem Zuschnitt auf, dessen Elastizitätsmodul bei einem 50%igen volumetrischen anteil der Kohlenstoff-Fasern 24 t/mm² beträgt.

Als nächstes wurden vor der eigentlichen Messung der Biegebeträge W die theoretischen Werte dieses Betrags W der Flexion bzw. Biegung bei einem festgelegten Elastizitätsmodul berechnet. Wie Fig. 5 dies zeigt, werden der Prüfling 1, der Rundstab 5 und der Rundstab 7 in 200 Abschnitte gleicher Länge unterteilt. Unter Anwendung des Ausdrucks für die Biegung, wie er üblicherweise im Bereich der Werkstoffestigkeit eingesetzt wird, erhielt man dann die Biegewinkel. Danach ermittelt man unter Heranziehung der so ermittelten Biegewinkel und unter Einsatz einer Differenzberechnung den Betrag W der Biegung. Falls das Prüfstück bzw. die Stange eine vergleichsweise kurze Länge hat, so wird diese in 100, statt in 200, gleich lange Abschnitte unterteilt.

Insbesondere wird die Berechnung unter Verwendung des folgenden allgemeinen Ausdrucks vorgenommen:

dR/ds=M/EI

wobei jeweils R der Biegewinkel, S eine Länge, M ein Biegemoment, E ein Elastizitätsmodul ist und I ein sektionales Zweitmoment angibt.

Bei Anwendung des vorgenannten Ausdrucks bei jedem der n Teilungsabschnitte ergibt sich:

wobei:
ΔR_k: einen Winkel zwischen dem k-ten Segment und dem (k+1)-ten Segment repräsentiert;
ΔS_k: eine Länge des k-ten Segments angibt;
E_k: ein Elastizitätsmodul an einem in Punkt in der Mitte des k-ten Segments bezeichnet;
I_k: ein sektionales Zweitmoment an einem Punkt in der Mitte des k-ten Segments bedetuet;
M_k: ein Moment infolge einer Belastung an einem Punkt in der Mitte des k-ten Segments repräsentiert.

Dabei werden:
ΔS_k: durch die Länge des Segments bestimmt,
E_k: durch die Zusammensetzung des Werkstoffs an dem Punkt in der Mitte des k-ten Segments bestimmt,
I_k: durch den Innen- und Außendurchmesser an dem Punkt in der Mitte des bestimmt, und
M_k: durch den horizontalen Abstand zwischen dem Punkt in der Mitte des Segments und dem Lastangriffspunkt und durch die Größe der Belastung bestimmt.

Aus den vorstehenden Angaben erhält man den Winkel ΔR_k. Dann lassen sich, sofern die X- und Y-Koordinaten der k-ten Position und der (k+1)-ten Position jeweils mit (X_k, Y_k) bzw. (X_k+1, Y_k+1) angegeben sind, wie Fig. 5 dies zeigt, die Positionen der Segmente folgendermaßen ausdrücken:

X_k+1=X_k+ΔS_k cos (R₀-Σ_i=_{1, k} ΔR_i)

Y_k+1=Y_k+ΔS_k sin (R₀-Σ_i=_{1, k} ΔR_i).

Damit können die Werte (X_n, Y_n) berechnet werden, aus denen sich die Beträge W der Biegung ableiten lassen. Tabelle 4 weist die in vorstehend beschriebener Weise theoretisch ermittelten Werte sowie die tatsächlich gemessenen Werte aus. Fig. 3, die auf der Grundlage der Daten aus Tabelle 4 gezeichnet wurde, zeigt, daß die gemessenen Biegebeträge der Werkstoffe bei Einwirkung einer Last von 600 g näher bei den theoretisch ermittelten Werten liegen als dies bei Einwirkung einer Last von 400 g der Fall ist. Dies zeigt, daß bei solchen hybrid aufgbauten Konstruktionen im Vergleich zu den Strukturen mit PAN-Kohlenstoff-Fasern der Anstieg des Elastizitätsmodul unter hoher Belastung begrenzt ist, was somit zu besserem Elastizitätsverhalten führt.

Als nächstes werden bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen rohrförmigen Teils anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.

Wie Fig. 6(a) und Fig. 7 zeigen, werden eine Innenlage A, eine Zwischenlage B und eine Außenlage C durch Aufwickeln eines mit Harz 15 getränkte Kohlenstoff-Fasermaterials 13 enthaltenden vorimprägnierten Faserstoffs (Prepreg) rohrförmig ausgebildet. Dabei ist die Verlaufsrichtung Si der Kohlenstoff-Fasern der Innenlage A so eingestellt, daß sie im wesentlichen entlang des Umfangs des rohrförmigen Teils verläuft, während die Verlaufsrichtung Sm der Kohlenstoff-Fasern in der Mittellage B im wesentlichen entlang der Achse des rohrförmigen Teils eingestellt ist.

Sowohl die Innenlage A als auch die Zwischenlage B werden durch Aufwickeln eines Prepreg-Stücks gebildet. Andererseits wird zur Bildung der Außenlage C das Prepreg-Stück in der in Fig. 6(b) gezeigten Weise als Prepreg-Band Ct mit einer Breite von etwa 5 mm vorgesehen, das so aufgewickelt wird, daß der Faserverlauf So der Außenlage im wesentlichen entlang der Umfangsrichtung des rohrförmigen Teils ausgerichtet ist, und daß auch die seitlichen Kanten benachbarter Wickel des Bandes Ct aneinander anstoßend zu liegen kommen, ohne sich zu überdecken. Bei einem Aufbau dieser Art, bei welchem die Wicklung des Bandes Ct in der Breite schmaler ist als die Folie, wird eine Wickelspannung gleichmäßig über die gesamte Breite des Bandes Ct wirksam, so daß beispielsweise eine Faltenbildung günstigerweise vermieden werden kann. Infolgedessen ist es möglich, zwischen der Außenlage C und der Zwischenlage B einen festeren Kontakt vorzusehen, um so die Festigkeit der gesamten Angelrute zu erhöhen. Bei Bedarf kann im übrigen auch die Verlaufsrichtung So in der Außenlage C im wesentlichen entlang der Achse des rohrförmigen Teils eingestellt werden.

Danach wird, auch wenn dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, auf die gewickelte Außenlage C ein Formband aus Polyester überdeckend aufgewickelt und anschließend im Ofen gebrannt bzw. getrocknet. Danach wird das Polyesterband wieder entfernt, ehe abschließend zur Fertigstellung des Teils, z. B. in Form einer Angelrute, die Oberfläche des rohrförmigen Teils gestrichen oder lackiert wird.

Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel umfaßt die Zwischenlage B eine erste Schicht Bo im Kontakt mit der Außenlage C, eine die Innenseite der ersten Schicht Bo berührende zweite Schicht Bm und eine dritte Schicht Bi auf, die mit der Innenseite der zweiten Schicht Bm in Berührung steht. Nun bestehen die erste Schicht Bo und die dritte Schicht Bi aus PAN-Kohlenstoff-Fasern, während die zweite Schicht Bm aus Pech-Kohlenstoff-Fasern besteht. Dies bedeutet, daß die Zwischenlage B als dreischichtige Struktur ausgebildet ist, bei welcher die Wicklungen von mindestens zwei Prepreg-Lagen aus mit Harz getränkten PAN-Kohlenstoff- Fasern eine eingebundene Prepreg-Lage aus Pech-Kohlenstoff-Fasern mit größerem Elastizitätsmodul als die PAN-Kohlenstoff-Fasern einschließen. Bei dieser Konstruktion ist durch kluges Kombinieren des hohen Elastizitätsmoduls, d. h. für die Pech-Kohlenstoff-Fasern typischen hohen Steifigkeit, mit der für die PAN-Kohlenstoff- Fasern typischen mechanischen Festigkeit, das in dieser Weise aufgebaute rohrförmige Teil weniger empfindlich, beispielsweise gegenüber einer Rißbildung im Inneren.

Nachfolgend werden nun beispielhaft die technischen Daten für die zur Bildung der jeweiligen Schichten bzw. Lagen herangezogenen Prepreg-Stücke angegeben.

Bei Prepreg-Stücken zur Bildung der Zwischenlage B gelten für die darin enthaltenen PAN-Kohlenstoff-Fasern folgende Werte: Elastizitätsmodul 40 t/mm², Dichte der Kohlenstoffasern 75 g/m², Harzanteil 24 Gew.-%; für die Prepreg-Lage mit den Pech-Kohlenstoff- Fasern gelten dagegen folgende Werte: Elastizitätsmodul 70 t/mm², Dichte der Kohlenstoffasern 150 g/m², Harzgehalt 25 Gew.-%. Andererseits weist das PAN-Kohlenstoff-Fasern enthaltende Prepreg- Stück zur Bildung der Innenlage A folgende Werte auf: Elastizitätsmodul 30 t/mm², Dichte der Kohlenstoffasern 30 g/m², Harzgehalt 40 Gew.-%. Für das PAN-Kohlenstoff-Fasern enthaltende Prepreg-Band zur Bildung der Außenlage C gelten folgende Werte: Elastizitätsmodul 30 t/mm², Dichte der Kohlenstoffasern 23 g/m² und Harzanteil 40 Gew.-%.

Jedes der Prepreg-Stücke zur Bildung der Zwischenlage B wird mit einer Dicke von rund 0,2 mm ausgeführt, während jedes der Prepreg-Stücke in der Innen- und Außenlage A bzw. C mit einer Dicke von jeweils rund 0,03 mm ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebene Kombination von Kohlenstoffasern ist rein exemplarisch und kann je nach den Konstruktionsbedingungen verändert werden.

Fig. 8 und 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zwischenlage B in Form eines doppelschichtigen Aufbaus B1 und B2 ausgeführt, der ausschließlich aus der ersten Schicht Bo und der zweiten Schicht Bm bzw. aus der zweiten Schicht Bm und der dritten Schicht Bi besteht. In diesem Fall werden jedoch die beiden Schichten zur Bildung dieses zweilagigen Aufbaus B1, B2 aus Prepreg-Stücken mit Pech-Kohlenstoff-Fasern geformt, in denen der Faserverlauf im wesentlichen entlang der Achse des rohrförmigen Teils ausgerichtet ist. Die Daten für diese Pech-Kohlenstoff-Fasern sind beispielsweise folgendermaßen: Elastizitätsmodul 60 bis 75 t/mm², Dichte der Kohlenstoffasern 150 g/m² und Harzanteil 25 Gew.-%. Im Falle eines Aufbaus wie bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Aufgabe der in Umfangsrichtung verlaufenden PAN-Kohlenstoff-Fasern der Innen- und Außenlage A und C darin, die unzureichende Festigkeit der Pech-Kohlenstoff-Fasern in der Zwischenlage B auszugleichen. Die zur Bildung der Innenlage A eingesetzten Prepreg-Stücke mit PAN- Kohlenstoff-Fasern besitzen folgende technischen Daten: Elastizitätsmodul 30 t/mm², Dichte der Kohlentoffasern 30 g/m² und Harzgehalt 40 Gew.-%. Für das die PAN-Kohlenstoff-Fasern enthaltende harzgetränkte Band zur Bildung der Außenlage C gelten dagegen folgende Werte: Elastizitätsmodul 24 t/mm², Dichte der Kohlenstoffasern 27,5 g/m² und Harzanteil 42 Gew.-%.

Alternativ kann auch, wie Fig. 10 dies veranschaulicht, die zwischenlage B in jeglicher Form eines mehrschichtigen Aufbaus mit jeweils gewünschter Anzahl von Schichten ausgeführt sein, welche gemischt Schichten aus PAN-Kohlenstoff-Fasern und Pech-Kohlenstoff- Fasern enthalten.

Zusätzlich können unabhängig von der Anzahl der zur Bildung der Zwischenlage B eingesetzten Schichten die für diese Zwischenlage B verwendeten Pech-Kohlenstoff-Fasern ein Elastizitätsmodul aufweisen, das in einem deutlich über 6 t/mm² liegenden Bereich liegt, während die in derselben Lage verwendeten PAN-Kohlenstoff- Fasern ein Elastizitätsmodul von deutlich unter 60 t/mm² besitzen können. Auch ein in dieser Weise aufgebautes rohrförmiges Teil kann günstige Eigenschaften besitzen.

Die Erfindung kann auch in anderen speziellen Formen ausgeführt werden, ohne über das Wesen bzw. die wesentlichen Merkmale der Erfindung hinauszugehen. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele sind deshalb in jeder Hinsicht nur als rein illustrativ und keinesfalls als Einschränkung anzusehen, wobei sich der Umfang der Erfindung eher aus den beiliegenden Ansprüchen und weniger aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, während alle Veränderungen, die im Sinne der Gleichwertigkeit und innerhalb des Äquivalenzbereichs der Ansprüche vorgenommen werden, somit unter diese Ansprüche fallen.

Claims

1. Rohrförmiges Teil, gebildet aus einer Vielzahl von Schichten, welche mit Harz imprägnierte Kohlenstoff-Fasern enthalten und dabei übereinander gelegt sind,
gekennzeichnet durch
eine aus Kohlenstoff-Fasern und Harz aufgebaute und rohrförmig ausgebildete Innenlage (A),
eine Zwischenlage (B), welche eine Vielzahl von Schichten (Bo, Bi; Bm) aufweist, die aus Kohlenstoff-Fasern und Harz aufgebaut sind, wobei mindestens eine (Bm) aus der Vielzahl von Schichten Pech-Kohlenstoff-Fasern enthält; und
eine Außenlage (C), die aus Kohlenstoff-Fasern und Harz aufgebaut und rohrförmig ausgebildet ist.

2. Rohrförmiges Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (B) mindestens eine Schicht (Bo, Bi) aus vorimprägniertem Fasermaterial umfaßt, welche die mit Harz imprägnierten Pech-Kohlenstoff-Fasern enthält, sowie eine weitere Schicht (Bm) aus vorimprägniertem Fasermaterial, welche die mit Harz imprägnierten Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern enthält, wobei das Elastizitätsmodul der Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern kleiner ist als bei den Pech-Kohlenstoff-Fasern.

3. Rohrförmiges Teil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Fasern, welche die jeweiligen Schichten der Zwischenlage (B) bilden, eine Verlaufsrichtung (Si, So) aufweisen, die im wesentlichen entlang einer Achse des rohrförmigen Teils ausgerichtet ist.

4. Rohrförmiges Teil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (B) zwei Schichten aus vorimprägniertem Fasermaterial (Bo, Bi) umfaßt, welche mit Harz imprägnierte Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern enthalten, sowie eine weitere Schicht (Bm) aus vorimprägniertem Fasermaterial, welche Pech-Kohlenstoff-Fasern enthält und ein höheres Elastizitätsmodul als die Polyacryl-Kohlenstoff- Fasern aufweist; sowie dadurch, daß zwischen den beiden Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern enthaltenden Schichten (Bo, Bi) die Pech-Kohlenstoff-Fasern enthaltende Schicht (Bm) eingebunden ist.

5. Rohrförmiges Teil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastizitätsmodul der die Zwischenschicht (Bm) bildenden Pech-Kohlenstoff-Fasern mindestens 60 t/mm² beträgt, während das Elastizitätsmodul der Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern höchstens 60 t/mm² beträgt.

6. Rohrförmigers Teil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlage (A) und die Außenlage (C) jeweils durch Wickeln einer Lage aus vorimprägniertem Fasermaterial gebildet sind, welche mit Harz imprägnierte Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern enthält.

7. Rohrförmiges Teil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Innenlage (A) und die Außenlage (C) bildende vorimprägnierte Fasermaterial in der Weise gewickelt ist, daß die darin enthaltenen Polyacryl-Kohlenstoff-Fasern eine Verlaufsrichtung (Si) aufweisen, die im wesentlichen entlang eines Umfangs des rorhförmigen Teils ausgerichtet ist.

8. Rohrförmiges Teil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenlage (C) durch spiralförmiges Aufwickeln eines Bandes (Ct) aus vorimprägniertem Fasermaterial auf eine Außenseite (Bo; B1) der Zwischenlage (B) gebildet ist.