DE60018071T2

DE60018071T2 - Anordnung von rohr und muffe

Info

Publication number: DE60018071T2
Application number: DE60018071T
Authority: DE
Inventors: Laurent David; Michael Mittelstaedt
Original assignee: Gitzo SA
Current assignee: Gitzo SA
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: WO2001007815A1; FR2796997B1; US6722392B1; DE60018071D1; JP2003505656A; AU6453100A; CN1189685C; EP1200765A1; ATE289031T1; CN1365437A; FR2796997A1; EP1200765B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Rohre aus Verbundmaterial enthaltend Kohlenstofffasern gebunden in einem Harz, und insbesondere solche Rohre, bei denen mindestens ein Ende mit einer Muffe versehen ist, die es ermöglicht, die Anordnung von zwei koaxialen Rohren festzulegen. Die Erfindung betrifft gleichermaßen Stützvorrichtungen vom Typ mit drei Füßen oder einem Fuß, wie sie zum Beispiel im Bereich der Aufnahmetechnik oder Messtechnik verwendet werden.
Die Verwendung von Verbundmaterialien, die Kohlenstofffasern gebunden in einem Epoxidharz enthalten, ist bekannt, um Merkmale wie höhere mechanische Festigkeit bei einem relativ wenig erhöhten Gewicht zu erreichen.
Die Druckschrift FR-A-2 772 301 beschreibt ein solches Element aus Verbundmaterial und ein Herstellungsverfahren dafür. Es wird ein Gel auf einen Dorn aufgebracht, so dass eine Oberflächenschicht ausgebildet wird, die gute Gleiteigenschaften auf der Innenwand des erhaltenen Rohrs erreicht, dann wird sie vorpolymerisiert. Dann werden die Schichten aus Flächengebilden aus Kohlenstofffasern aufgebracht und bei einer geeigneten Temperatur erwärmt, bis die Polymerisation beendet ist. Eine Außenschicht aus dem zusätzlichen Gel kann die Bildung einer Außenoberfläche mit geringem Reibungskoeffizient begünstigen.
Die Rohre oder Zylinder aus Kohlenstoff können nur in relativen kurzen Stücken ausgeführt werden, was für viele Anwendungen impliziert, dass eine Verbindung von mehreren aufeinander folgenden Rohren gewährleistet werden muss, um eine für die Anwendung erforderliche Länge zu erhalten.
Die Druckschrift US-A-4 941 692 sieh t daher profilierte adhäsive Verbindungen zwischen aufeinander folgenden Rohren vor, wobei eine Muffe aus geeignetem Harz gleichermaßen Kohlenstofffasern enthält, die in der Verbindungszone das so erhaltene verlängerte Rohr verstärken.
Wenn die Rohre veränderliche Längen aufweisen sollen, ist es bevorzugt, eine teleskopartige Anordnung zu verwenden, die die Gele der Druckschrift FR-A-2 772 301 einsetzen, um die relative Verschiebung der Rohre zu gewährleisten. Jedenfalls ist infolgedessen ein Befestigungsmittel für die Gesamtlänge erforderlich. Ein Ende eines Rohres wird daher mit Vorteil mit einer Muffe versehen, die eventuell mit einem Gewinde versehen ist, die ein Zusammenwirken mit einem Spannelement oder einem Äquivalent ermöglichen. In einem solchen Fall muss die Muffe mit dem Kohlenstoffrohr fest verankert werden, was zum geringen Reibungskoeffizienten der Oberfläche der Kohlenstoffrohre im Gegensatz steht.
Die Druckschrift US-A-4941692 oder die Druckschrift US 5398975 schlagen vor, eine Muffe aus Kunststoffmaterial am Ende eines Rohrs aus Verbundmaterial anzufügen. Diese Muffe wird unter Verwendung eines Dorns mit Abmessungen des auszurüstenden Rohrs vorgeformt, dann am Rohrende aufgesetzt und verklebt.
Die vorliegende Erfindung spricht diesen Zusammenhang an und schlägt eine Anordnung vor, die ein primäres Rohr aus Verbundmaterial ausgerüstet mit einer Muffe umfasst, die es ermöglicht, die vorgenannten Nachteile zu umgehen, wobei die Muffe vorgesehen ist, um eine Verbindung durch Einspannen eines sekundären koaxialen Rohrs zu gewährleisten.
Gemäß der Erfindung umfasst die Anordnung ein primäres Rohr aus Verbundmaterial enthaltend Kohlenstofffasern gebunden in einem Harz, dessen eines Ende mit einer Muffe aus Kunststoffmaterial versehen ist, wie einem Polyamid, eventuell ausgerüstet mit einem Anschlussgewinde, wobei die Muffe durch Einspritzen von Material beim Umgießen des Rohrs erhalten ist.
Bevorzugt umfasst das Rohr mindestens zwei benachbarte Lagen aus Kohlenstofffasern, wobei die innere Lage eine Lage ist, deren Fasern im Wesentlichen längsgerichtet sind, während die äußere Lage schraubenförmig angeordnete Fasern umfasst.
Bevorzugt ist das Material, das die Muffe bildet, mit kurzen Fasern versehen, um ihm einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen gleich dem des Rohrs im Temperaturbereich zwischen ungefähr –50 °C und +100 °C zu verleihen. Diese kurzen Fasern können mit Vorteil Glasfasern sein.
Mit Vorteil weist das mit der Muffe versehene Ende des Rohrs eine Mehrzahl von Reliefs auf, die das Material der Muffe während des Einspritzschritts beim Umgießen auffüllt.
Die Erfindung wird besser verständlich und weitere Ziele, Vorteile und Merkmale davon werden deutlicher aus dem Studium der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die als nicht einschränkendes Beispiel angegeben werden und mit Bezug zu zwei Blatt begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 schematisch einen Längsschnitt durch ein Rohr aus Verbundmaterial gemäß der Erfindung darstellt;
die 2a und 2b zwei Arten von Verankerungsreliefs einer Muffe auf einem Ende eines Rohrs mit Kohlenstoff darstellen; und
die 3a und 3b schematisch einen Schnitt durch zwei Beispiele von geeigneten Muffen gemäß der Erfindung darstellen.
Nun mit Bezug zu den Figuren, die soeben beschrieben wurden, wurde das erfindungsgemäße Rohr in 1 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Ein solches Rohr kann das primäre Rohr sein oder ein sekundäres zum primären Rohr koaxiales Rohr und teleskopartig verschiebbar sein. Das Rohr weist eine Drehachse 10 auf und umfasst im dargestellten Beispiel zwei benachbarte Lagen 12, 14 aus Kohlenstofffasern gebunden in einem Epoxidharz. Es ist offensichtlich, dass das Rohr weitere Lagen mit oder ohne Kohlenstofffasern umfassen kann.
Die innere Lage 12 weist Fasern auf, die im Wesentlichen zur Achse 10 des Rohrs parallel sind, das heißt, längsgerichtete Fasern, während die äußere Schicht 14 Fasern aufweist, die schraubenförmig angeordnet, eventuell gekreuzt, sind.
Auf diese Weise erhält man eine sehr hohe Steifigkeit des Rohrs und man vermeidet im Wesentlichen jede Biegung der Längsachse 10, insbesondere wenn das Rohr fliegend gelagert verwendet wird.
Bevorzugt ist die Innenwand des Rohrs mit einem polymerisierten Gel überzogen, das einen geringen Reibungskoeffizienten gewährleistet, was eine teleskopartige Verwendung von mehreren koaxialen Rohren begünstigt.
Ein Ende des primären Rohrs ist mit einer Muffe 30 versehen, wie es in den 3 dargestellt ist. Diese Muffe 30 ist direkt durch Einspritzen eines Materials wie einem Polyamid, das mit Fasern versehen ist, beim Umgießen des Rohrs erhalten.
Zur Förderung einer guten Verankerung der Muffe 30 auf dem Rohr weist das betreffende Ende des Rohrs eine Mehrzahl von Reliefs 20, 22 auf, wie es in den 2a und 2b dargestellt ist. In 2a wurden Reliefs in Form von axialen Rillen 20 dargestellt und in 2b Reliefs in Form von elliptischen Öffnungen 22.
Es kann auch jede andere Form von Relief gewählt werden, wie Längsrillen, oberflächliche Wellen, kreisförmige oder schraubenförmige Auskehlungen, gerundete Öffnungen sowie jegliche Kombinationen dieser Reliefs in Abhängigkeit von der gewünschten Verbindung (in Rotation und/oder axialer Translation).
Bevorzugt betreffen diese Reliefs nur die äußere Lage 14 des Rohrs in der Weise, dass sie die Gesamtsteifigkeit des Rohrs nicht beeinflussen; in diesem Fall werden sie als blind bezeichnet. Sie können indessen aus Öffnungen gebildet sein, die die beiden Lagen 12, 14 des Verbundmaterials mit Kohlenstofffasern berühren oder durchqueren.
Charakteristisch ist die Herstellung eines solchen Rohrs mittels eines Dorns (nicht dargestellt), dessen Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Rohrs ist. Ein Antifriktionsgel 16 wird zunächst vorpolymerisiert, dann wird es von zwei Schichten 12 und 14 aus Epoxidharz bedeckt, das Kohlenstofffasern enthält. Nach Aushärten werden die Reliefs 20, 22 durch teilweise Bearbeitung der Rohre, vor oder nach dem Zuschneiden des Rohrs auf die gewünschte Länge, erhalten.
Das Ende zum Vorsehen einer Muffe wird dann mit einer Spritzgussform eines Materials auf Basis von Polyamid bedeckt. Dieses Material ist bevorzugt mit Kurzfasern versehen, zum Beispiel aus Glas, in einer Menge, so dass die jeweiligen Dilatationskoeffizienten des Rohrs und der Muffe in einem Funktionsbereich zwischen ungefähr –50 °C und +100 °C im Wesentlichen identisch sind. Das Material wird dann in die Form eingespritzt, dann zum Härten gebracht.
Auf diese Weise kann das eingespritzte Material direkt die Reliefs 20, 22 füllen, um die gewünschte Verbindung zu gewährleisten.
Die Muffe 30 kann verschiedene Formen annehmen, von denen nur zwei in den 3a und 3b dargestellt sind. Die Muffe 30 weist eine Schulter 32 auf, auf der das Rohr in Anschlag kommt. Ein Hals 34 nimmt ein Spannmittel auf. In 3a wirkt dieses Spannmittel mit einem Gewindering aus Aluminium 36 zusammen, der den Hals 34 umschnürt. In 3b wirkt er direkt mit einem Gewindeteil 38 zusammen, das auf dem Hals vorgesehen ist.
Bei einer Verwendung in der Art eines Teleskops kommt das Außenrohr gegen die Schulter 32 in Anschlag, während ein Innenrohr einen Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Halses 34 aufweist. Eine Verriegelung in relativer Position der beiden Rohre wird damit erhalten, entweder durch Ausführen mindestens eines Längsschlitzes im Hals 34 der Muffe 30 oder durch Anbringen eines Kunststoffrings zwischen dem Hals 34 und dem Innenrohr derart, dass die Muffe 30 das Innenrohr direkt oder mit dem Kunststoffzwischenring einspannt, wenn das Spannmittel auf dem Schraubengang 36, 38 angezogen wird.
Der Fachmann versteht, dass auf diese Weise die soeben beschriebene Anordnung zum Ausbilden mindestens eines Stützfußes für ein Gerät zum Aufnehmen von Bildern und/oder Messungen verwendet werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser des Rohrs 24 mm, während der Innendurchmesser des Halses 34 der Muffe 30 21 mm beträgt. Die Muffe erstreckt sich über eine Länge von ungefähr 25 mm des Rohrs, und die Länge des Halses liegt in der Größenordnung von 14 mm. Die Rillen 20 (2a) oder die Öffnungen 22 (2b) dringen ungefähr 0,5 mm in die äußere Lage 14 des Kohlenstoffs am Rohr ein. In einem anderen Beispiel durchqueren die Öffnungen 22 die beiden Lagen.
Obwohl die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Anordnung umfassend ein Rohr aus Verbundmaterial enthaltend Kohlenstofffasern gebunden in einem Harz, dessen eines Ende mit einer Muffe (30) aus Kunststoffmaterial versehen ist, wie einem Polyamid, eventuell ausgerüstet mit einem Anschlussgewinde (36, 38), dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (30) durch Einspritzen von Material beim Umgießen des Rohrs erhalten ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial, das das Rohr bildet, zwei benachbarte Lagen (12, 14) aus Kohlenstofffasern gebunden in Kohlenstoff umfasst, wobei die innere Lage (12) eine Lage ist, deren Fasern im Wesentlichen längsgerichtet sind, während die äußere Lage (14) schraubenförmig angeordnete Fasern umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, das die Muffe (30) bildet, mit kurzen Fasern versehen ist, um ihm einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Wesentlichen gleich dem des Rohrs im Temperaturbereich zwischen ungefähr –50 °C und +100 °C zu verleihen.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten kurzen Fasern Glasfasern sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Muffe (30) versehene Ende des Rohrs eine Mehrzahl von Reliefs (20, 22) aufweist, die das Material der Muffe (30) während des Einspritzschritts beim Umgießen auffüllt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefs (20, 22) nur die äußere Lage (14) des Rohrs betreffen.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefs (20, 22) gewählt sind aus axialen und längsgerichteten Rillen, ähnlichen oberflächlichen Wellen, kreisförmigen Auskehlungen, schraubenförmigen Auskehlungen, Öffnungen jeglicher Form, durchgehend oder blind und Kombinationen davon.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr auf einem starren Dorn ausgeführt wird, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Rohrs ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr teleskopartig ein weiteres koaxiales Rohr mit kleinerem Durchmesser aufnimmt.
Stützvorrichtung, insbesondere für Aufnahmegeräte, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Fuß gemäß der Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.