DE68919466T2

DE68919466T2 - Verfahren zur Herstellung von schraubenförmigen, glasfaserverstärkten Befestigungselementen.

Info

Publication number: DE68919466T2
Application number: DE68919466T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Fukuvi Chemical Saito; Shusaku Fukuvi Chemica Shimada
Original assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2009-08-12
Also published as: EP0373294B1; EP0373294A2; US5209888A; EP0373294A3; DE68919466D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von schraubenartigen Befestigungsmitteln aus glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP für fiber reinforced plastic). Unter dem Begriff schraubenartige Befestigungsmittel sind insbesondere unterschiedliche Schrauben und Nieten für die Luftfahrtindustrie und dergleichen zusammengefaßt.
Aus Kunststoff hergestellte Schrauben werden auf verschiedenen Gebieten, beispielsweise in der Luftfahrtindustrie wegen ihres geringen Gewichtes und der geringen Anfälligkeit zum Verrotten eingesetzt. Wie der Masse glasfaserverstärkter Kunststoff bzw. das Kürzel FRP bereits sagen, wird Plastikmaterial bzw. der Kunststoff häufig durch Fasern verstärkt, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Als Verstärkungsfasern kommen hauptsächlich Kohlestoff-Fasern in Betracht.
Derartige Schrauben sind in EP-0 254 481 A1 beschrieben.
Diese Schraube ist einstückig mit einem Kopf und einem Schaft ausgeführt. Am unteren, kopffernen Ende ist der Schaft mit einem Gewinde zur Aufnahme einer üblichen Mutter versehen und Schraube und Mutter zusammen sind insbesondere dazu bestimmt, zwei Platten aus Verbundmaterial miteinander zu verbinden. Der Kopfteil und Schaftteil der Schraube weisen leitende Kohlenstoff-Fasern auf, die in ein Trägermaterial aus nicht leitendem Harz eingebettet sind.
Üblicherweise werden solche FRP - also Schrauben aus faserverstärktem Kunststoff - in der Weise hergestellt, daß der Schaft aus Kunststoff mit darin eingebetteten und in Schaftlängsrichtung verlaufenden Fasern hergestellt wird und dann durch Maschineneinsatz ein Gewinde oder ein Mehrfachgewinde eingeschnitten wird.
Wird das Gewinde bzw. das mehrgängige Gewinde eingeschnitten, so werden die Verstärkungsfasern im radial außen liegenden Teil des Schaftes in einzelne Stücke geschnitten. Die kurzen Faserabschnitte tragen nur wenig zur mechanischen Festigkeit der gesamten Schraube bei, die Schraube hat nur in geringem Maße den Vorteil hoher Festigkeit und sie kann in manchen Fällen brechen.
Demzufolge wurde auch bereits ein anderes Herstellungsverfahren für FRP-Schrauben, also Schrauben aus faserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen. Gemäß Fig. 1 werden dabei hochfeste Fasern 2 in einen Trägerkörper 4 aus thermoplastischem Kunststoff eingefügt. Der Trägerkörper 4 aus thermoplastischem Kunststoff wird durch Extrudieren, Gießen oder Ziehen als Stangenmaterial hergestellt. Dabei werden die Fasern 2 nebeneinanderliegend und sich über die Länge des Stangenmaterials 6 erstreckend parallel zur Längsrichtung der Stange angeordnet. Das thermoplastische Harz 4 ist ein leichtes und festes Material, beispielsweise ein Polyether-Etherketonharz. Die Fasern 2 sind beispielsweise Kohlestoff-Fasern. Das Material 6 schließt Kohlestoff-Fasern 4 so ein, daß diese einen Anteil von 30 bis 80 Gew.-% vorzugsweise 60 bis 70 Gew.-% haben.
Danach wird das Stangenmaterial 6 auf eine vorgegebene Länge geschnitten und in eine Metallform 8 eingelegt, wie es in Fig. 2,3 dargestellt ist. Die Form 8 besteht aus zwei Formenhälften 10 und 12. Jedes der Formenhälften 10 und 12 weist eine halbzylinderförmige Formoberfläche auf, in die schmale Nuten eingeschnitten sind, die gegebenenfalls ein fortlaufendes Mehrfachgewinde bilden, wenn die beiden Formhälften 10 und 12 zusammengefügt sind. Gemäß Fig. 4,5 wird das Material 6 erhitzt und zwischen die Formhälften 10 und 12 gedrückt, um eine Schraube 14 zu bilden, wobei das Gewinde und gegebenenfalls das mehrgängige Gewinde durch die schmale Nut ausgebildet wird. Danach werden die Formhälften 10 und 12 wieder voneinander getrennt, um die so hergestellte Schraube 14 herauszunehmen. Der Gewindeabschnitt weist Fasern 2 auf, die nicht zerstört sind und ausreichende Festigkeit haben.
Ist jedoch bei dem vorbeschriebenen Verfahren von dem Plastikmaterial 4 mehr als notwendig vorhanden, so wird die fertige Schraube Gießgrate 16 aufweisen, so daß die Schraube entweder als Ausschuß ausgesondert oder entgratet werden muß. Ist weniger Plastikmaterial vorhanden, so bilden sich Lunker und die Schraube ist auf jeden Fall ein Ausschuß und muß als solcher ausgesondert werden.
Darüber hinaus ist der zum Herstellen der Schraube 14 notwendige Druck durch Fassungsvermögen der Form und Materialvolumen begrenzt. Der Druck ist auch deswegen begrenzt, um nicht eine zu ausgeprägte Ausbildung der Grate 16 zu bewirken. Auf das für die Fertigung der Schraube 14 notwendige Material 6 kann also nur in begrenztem Maße ein Druck aufgebracht werden. Falls bereits das Ausgangsmaterial Fehlstellen, insbesondere Hohlräume aufweist, bleiben diese Fehlstellen bzw. Hohlräume in der fertigen Schraube 14 erhalten. Auch das kann Ursache dafür sein, daß eine auf diese Weise gefertigte Schraube nicht die wünschenswerte Festigkeit hat.
Darüber hinaus ist mit dem vorbeschriebenen Verfahren keine Kopfschraube zu fertigen, weil das Stangenmaterial auf seiner gesamten Länge einen gleichbleibenden Querschnitt hat.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung eines schraubenartigen Befestigungsmittels aus einem faserverstärkten Kunststoff vorzusehen, das sich durch ausreichend feste Schraubenverbindungen auszeichnet.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, ein schraubenartiges Befestigungselement aus faserverstärktem Kunststoff (FRP) herzustellen, bei der eine genaue Einhaltung der Abmessung auf einfache Weise möglich ist, wobei ohne Nacharbeit auszukommen ist und kein Ausschuß erwartet werden muß.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem das herzustellede schraubenartige Befestigungselement aus faserverstärktem Kunststoff (FRP), das außer dem Schaft einen Kopf aufweist und auch die Abmessung eines solchen schraubenartigen Befestigungselementes auf einfache Weise genau eingehalten werden kann.
Ein solches Verfahren zur Herstellung einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff FRP in einer ersten erfindungsgemäßen Ausbildung weist die folgenden Verfahrensschritte auf: (a) Herstellung eines Stangenmaterials mit einem langgestreckten Trägermaterial aus Plastikmaterial und einer Mehrzahl von langgestreckten parallelen Faserelementen, die in der Längsrichtung des Trägermaterials in dieses eingebettet sind, wobei der Schmelzpunkt der Faserelemente wesentlich über der Temperatur liegt, bei der das Plastikmaterial weich wird; (b) Einbringen des auf diese Weise ausgebildeten Stangenmaterials in eine zylindrische Form, die mit ihrer Wand das Stangenmaterial umschließt, in der Weise, daß die Längsachsen des Stangenmaterials und des von der Formwand umschlossenen Formbereiches deckungsgleich sind, wobei auf der Formwand ein Gewinde ausgebildet ist; (c) Erhitzen des in die Form eingelegten Stangenmaterials auf eine Temperatur nicht unterhalb der Temperatur, bei der das Trägermaterial weich wird, das ist der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (d) Einführen eines Stossels in das erhitzte Stangenmaterial in der Richtung der Längsachse des Stangenmaterials, so daß das Stangenmaterial radial aufgeweitet wird, so weit bis das Stangenmaterial mit seiner gesamten Oberfläche in Berührung kommt mit der Forminnenseite, so daß sich auf der Außenfläche des Stangenmaterials ein Außengewinde ausbildet; (e) Abkühlen des so mit einem Gewinde auf der Außenfläche ausgebildeten Stangenmaterials auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Plastiks des Stangenmaterials und (f) Entnehmen des ausgeformten und abgekühlten Stangenmaterials aus der Form.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff FRP weist das Verfahren folgende Verfahrensschritte auf: (a) Herstellen eines Stangenmaterials mit einem langgestreckten Trägermaterial aus Plastikmaterial und einer Mehrzahl von langgestreckten parallelen Faserelementen, die parallel zur Längsrichtung des langgestreckten Trägermaterials verlaufend in diesem eingebettet sind, wobei diese Faserelemente einen Schmelzpunkt haben, der wesentlich höher ist als der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (b) Einbringen des so hergestellten Stangenmaterials in eine zylindrische Form derart, daß die Längsachse der Formwand mit der mit der Längsachse des zylindrischen Trägermaterials zusammenfällt, wobei die Formwand eine im wesentlichen zylindrische erste Formkammer umschließt und auf ihr ein Innengewinde ausgebildet ist; (c) Erhitzen des in die Form eingelegten Stangenmaterials auf eine Temperatur, die nicht niedriger ist als der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (d) axiales Pressen des erhitzten Stangenmaterials derart, daß dieses in Durchmesserrichtung aufgeweitet wird, so daß die Oberfläche des Stangenmaterials in Anlage an der gesamten Formwand gebracht wird, wodurch auf der Ober- bzw. Umfangsfläche des Stangenmaterials ein Außengewinde ausgebildet wird; (e) Abkühlen des mit dem Gewinde versehenen Stangenmaterials auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials und (f) Herausnehmen des abgekühlten Stangenmaterials aus der Form.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff FRP in einer ersten erfindungsgemäßen Ausbildung weist die folgenden Verfahrensschritte auf: (a) Herstellung eines Stangenmaterials mit einem langgestreckten Trägermaterial aus Plastikmaterial und einer Mehrzahl von langgestreckten parallelen Faserelementen, die in der Längsrichtung des Trägermaterials in dieses eingebettet sind, wobei der Schmelzpunkt der Faserelemente wesentlich über der Temperatur liegt, bei der das Plastikmaterial weich wird; (b) Einbringen des auf diese Weise ausgebildeten Stangenmaterials in eine zylindrische Form, die mit ihrer Wand das Stangenmaterial umschließt, in der Weise, daß die Längsachsen des Stangenmaterials und des von der Formwand umschlossenen Formbereiches dekkungsgleich sind, wobei auf der Formwand ein Gewinde ausgebildet ist; (c) Erhitzen des in die Form eingelegten Stangenmaterials auf eine Temperatur nicht unterhalb der Temperatur, bei der das Trägermaterial weich wird, das ist der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (d) Einführen eines Stössels in das erhitzte Stangenmaterial in der Richtung der Längsachse des Stangenmaterials, so daß das Stangenmaterial radial aufgeweitet wird, so weit bis das Stangenmaterial mit seiner gesamten Oberfläche in Berührung kommt mit der Forminnenseite, so daß sich auf der Außenfläche des Stangenmaterials ein Außengewinde ausbildet; (e) Abkühlen des so mit einem Gewinde auf der Außenfläche ausgebildeten Stangenmaterials auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Plastiks des Stangenmaterials und (f) Entnehmen des ausgeformten und abgekühlten Stangenmaterials aus der Form.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff FRP weist das Verfahren folgende Verfahrensschritte auf: (a) Herstellen eines Stangenmaterials mit einem langgestreckten Trägermaterial aus Plastikmaterial und einer Mehrzahl von langgestreckten parallelen Faserelementen, die parallel zur Längsrichtung des langgestreckten Trägermaterials verlaufend in diesem eingebettet sind, wobei diese Faserelemente einen Schmelzpunkt haben, der wesentlich höher ist als der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (b) Einbringen des so hergestellten Stangenmaterials in eine zylindrische Form derart, daß die Längsachse der Formwand mit der mit der Längsachse des zylindrischen Trägermaterials zusammenfällt, wobei die Formwand eine im wesentlichen zylindrische erste Formkammer umschließt und auf ihr ein Innengewinde ausgebildet ist; (c) Erhitzen des in die Form eingelegten Stangenmaterials auf eine Temperatur, die nicht niedriger ist als der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (d) axiales Pressen des erhitzten Stangenmaterials derart, daß dieses in Durchmesserrichtung aufgeweitet wird, so daß die Oberfläche des Stangenmaterials in Anlage an der gesamten Formwand gebracht wird, wodurch auf der Ober- bzw. Umfangsfläche des Stangenmaterials ein Außengewinde ausgebildet wird; (e) Abkühlen des mit dem Gewinde versehenen Stangenmaterials auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials und (f) Herausnehmen des abgekühlten Stangenmaterials aus der Form.
Gemäß einem Verfahren für die Herstellung einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff FRP in einer dritten Ausführungsform schließt das Verfahren folgende Verfahrensschritte ein: (a) Herstellen eines Stangenmaterials mit einem langgestreckten Trägermaterial aus Kunststoff mit einer Mehrzahl von langgestreckten parallelen Faserelementen, die parallel zur Längsachse des langgestreckten Trägermaterials verlaufend in dieses eingebettet sind, wobei die Faserelemente einen Schmelzpunkt haben, der wesentlich über dem Erweichungspunkt des Trägermaterials liegt; (b) Einbringen des so hergestellten Stangenmaterials in eine Formkammer, die eine Innenfläche von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt hat, wobei die Innenfläche zu einem Innengewinde geformt ist; das Stangenmaterial wird dabei der Formkammer derart zugeordnet, daß die Längsachsen des Stangenmaterials und der Innenfläche der Formkammer deckungsgleich sind; (c) Erhitzen des in die Form eingelegten Stangenmaterials auf eine Temperatur, nicht unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials; (d) Pressen des erhitzten Materials senkrecht zu seiner Längsachse mittels eines Stössels, der eine ebene Stirnfläche hat, die der Innenfläche der Formkammer gegenüberliegt und dabei aus dem Material eine halbrunde Stange aus dem Material bildet, in deren ebenen Fläche sich die Mittellängsachse des Stangenhalbrundes befindet und in deren halbrunder Außenfläche ein Außengewinde gebildet wird; (c) Abkühlen der halbrunden Stange mit Außengewinde auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials; (f) Entnehmen der halbrunden Stange aus der Formkammer und (g) Verbinden der halbrunden Stange mit einer in gleicher Weise hergestellten weiteren halbrunden Stange, um eine insgesamt im wesentlichen runde Stange mit Außengewinde zu bilden.
Gemäß einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff FRP gemäß der vorliegenden Erfindung hat die herzustellende Schraube einen Gewindeschaft und einen Kopf, dessen Durchmesser größer als der des Schaftes ist. Diese Ausführungsform des Verfahrens schließt folgende Schritte eines ersten und eines zweiten Verfahrensabschnittes ein. Die Verfahrensschritte des ersten Verfahrensabschnittes sind folgende: (a) Herstellen eines Stangenmaterials mit einem langgestreckten Trägermaterial aus einem Kunststoff bzw. Plastikmaterial und einer Mehrzahl von langgestreckten parallelen Faserelementen als Verstärkungsmittel, die in der Richtung der Längsachse des Trägermaterials verlaufend in diesem eingebettet sind, wobei die Faserelemente einen Schmelzpunkt wesentlich über dem Erweichungspunkt des Träger-, Kunststoff- bzw. Plastikmaterials haben; (b) Einbringen des so hergestellten Stangenmaterials der Schraube in eine Formkammer, deren Innenfläche einen halbrunden Querschnitt hat sowie einen Abschnitt mit einem relativ kleineren und einen konzentrisch zu diesem angeordneten und mit diesem in Verbindung stehenden Abschnitt mit einem relativ größeren Durchmesser einschließt, wobei das Stangenmaterial der Formkammer derart zugeordnet wird, daß die Längsachsen des Stangenmaterials und der Innenfläche der Formkammer deckungsgleich sind; (c) Erhitzen des in die Formkammer eingelegten Stangenmaterials auf eine Temperatur nicht unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials; (d) Pressen des erhitzen Materials senkrecht zu seiner Längsachse mittels eines Stössels, der eine der Innenfläche der Formkammer gegenüberliegende ebene Fläche aufweist, um so aus dem Material eine halbrunde Stange zu bilden, in deren ebene Fläche die Längsachse der halbrunden Stange liegt und deren einer Endabschnitt einen wesentlich größeren Durchmesser als der längere Teil der halbrunden Stange hat; (e) Abkühlen der halbrunden Stange auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Stangen- bzw. Plastikmaterials sowie (f) Herausnehmen des abgekühlten Stangenmaterials aus der Formkammer. Die Verfahrensschritte des zweiten Verfahrensabschnittes sind folgende: (g) Verbinden eines auf diese Weise hergestellten halbrunden abgekühlten Stangenmaterials mit einem zweiten, gleichen und in gleicher Weise hergestellten zweiten halbrunden Stangenmaterials zu einem runden Stangenmaterial mit einem Endabschnitt, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des längeren Teiles des runden Stangenmaterials; (h) Einbringen des Stangenmaterials in die Form eines Zylinders in eine zylindrische Formwand derart, daß die Längsachsen des runden Stangenmaterials und der zylindrischen Formwand deckungsgleich sind, wobei die Formwand einen Abschnitt mit größerem Durchmesser zur Aufnahme des Kopfabschnittes des runden Stangenmaterials und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser mit einem Innengewinde zur Aufnahme des Schaftabschnittes des runden Stangenmaterials aufweist; (i) Erhitzen des in die Formwand eingebrachten zylindrischen Materials auf eine Temperatur nicht unter dem Erweichungspunkt des Träger-, Kunststoff- bzw. Plastikmaterials; (j) Einführen eines stabförmigen Gliedes in das erhitzte vollzylinderförmige Material entlang der Längsachse dieses vollzylinderförmigen Materials, so daß dieses radial expandiert und mit seiner Umfangsfläche mit der gesamten Formwand in Berührung kommt, wobei auf dem vollzylinderförmigen Material ein Außengewinde ausgebildet wird; (k) Abkühlen des mit einem Gewinde versehenen vollzylinderförmigen Materials auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials und (l) Entnehmen des abgekühlten vollzylinderförmigen Materials aus der Formwand.
Gemäß der vierten Ausführungsform kann in entsprechender Weise wie eine Schraube auch ein Niet erzeugt werden. Der Niet, der demzufolge hergestellt werden soll, hat ein Schaftteil und einen Kopf, dessen Querschnitt entsprechend größer als der des Schaftteils ist. Wird ein Niet im Verfahren in dessen vierter Ausführungsform hergestellt, so weist das Verfahren in dieser vierten Ausführungsform folgende Verfahrensschritte auf: (a) Herstellen eines stangenförmigen Materials mit einem langgestreckten Trägermaterial, einer "Matrix" aus Kunststoff- bzw. Plastikmaterial und einer Mehrzahl paralleler Faserelemente, die in Richtung der Längsachse des langgestreckten Trägermaterials verlaufend in dem Trägermaterial eingebettet sind und deren Schmelzpunkt deutlich höher ist als der Erweichungspunkt des Trägermaterials; (b) Einbringen des vorbereiteten stangenförmigen Materials aus Kunststoff bzw. Plastik als Trägermaterial und Fasern als Verstärkungsmitteln als Rohling des Niets in eine Formkammer, wobei die Formkammer eine Innenfläche mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweist und einen ersten Abschnitt mit relativ kleinerem Durchmesser und einen hierzu konzentrisch angeordneten mit dem ersten Abschnitt in Verbindung stehenden zweiten Abschnitt mit größerem Durchmesser bildet; der Rohling wird so in die Formkammer eingelegt, daß die Längsachsen des Rohlings und der Formkammer zusammenfallen; (c) Erhitzen des in die Formkammer eingelegten Rohlings auf eine Temperatur nicht unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials aus Plastikmaterial; (d) Drücken des erhitzten Materials bzw. Rohlings in radialer Richtung mittels eines Stössels bzw. Stempels, der eine der Innenfläche der Formkammer gegenüberliegende ebene Fläche aufweist, so daß aus dem Material eine halbrunde Stange, d.h. eine Stange mit halbkreisförmigem Querschnitt entsteht, wobei die Längsachse der halbrunden Stange in deren ebener Fläche liegt und wobei weiter die halbkreisrunde Stange einen Endabschnitt mit relativ größerem und einen längeren Schaftabschnitt mit relativ kleinerem Querschnitt aufweist; (e) Abkühlen der halbrunden Stange auf eine Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Trägermaterials aus Plastik; (f) Entnehmen des abgekühlten Stangenmaterials aus der Formkammer und (g) Verbinden dieser halbrunden, abgekühlten Stange mit einer weiteren, in einem entsprechenden Verfahren hergestellten gleichen Stange, so daß eine vollzylindrische Stange entsteht, wobei diese vollzylinderförmige Stange einen Kopfabschnitt mit größerem Querschnitt und einen längeren Schaftabschnitt mit kleinerem Querschnitt aufweist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein schraubenartiges Befestigungsmittel aus einem Material wie faserverstärktem Kunststoff, FRP, gemäß dem Stand der Technik ebenso wie gemäß mehreren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein von der Seite gesehener Querschnitt durch eine Metallform zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffschrauben gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung der Form gemäß Fig. 2 entlang der Linie III-III in Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Metallform während der Herstellung einer Schraube aus faserverstärktem Kunststoff, FRP;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Form, wobei der Schnitt durch die Linie V-V in Fig. 4 gekennzeichnet ist;
Fig. 6 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Metallform einschließlich des Werkstoffes, wobei ein Druckstössel bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht im Schnitt, wobei Form und Druckstössel in ihrer Beziehung zueinander während des Formprozesses dargestellt sind;
Fig. 8 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer anderen Ausführungsform der Metallform unter Einschluß des zu verformenden Materials, wobei zur Durchführung des Formprozesses ein Druckstössel in der Arbeitsstellung dargestellt ist, der von dem bei der ersten Ausführungsform zur Anwendung kommenden Druckstössel abweicht;
Fig. 9 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer Metallform unter Einschluß des zu verformenden Materials, wobei bei einem Verfahren in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ein Druckstössel zur Anwendung bereitgestellt ist;
Fig. 10 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Form und des Druckstössels während eines ersten Verformungsprozesses bei der zweiten Ausführungsform;
Fig. 11 ist eine perspektivische Darstellung eines Kernkopfes, wie er in ein Produkt eingebettet werden soll, das mit dem ersten Verformungsprozeß hergestellt werden soll;
Fig. 12 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Form und des Druckstössels während eines zweiten Verformungsprozesses zur Herstellung der Verbindung zwischen Produkt und Kernkopf;
Fig. 13 ist eine Seitenansicht einer einstückigen Schraube, wie sie unter Anwendung des zweiten Verformungsprozesses hergestellt wurde;
Fig. 14 ist eine Stirnansicht im Schnitt einer Form mit darin befindlichem Material und eines Druckstössels gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15 ist eine Stirnansicht im Schnitt der Form und des Druckstössels, wobei der Schnitt entlang der Linie XV-XV in Fig. 14 verläuft;
Fig. 16 ist eine Seitenansicht im Schnitt der Form und des Stössels während des Verformungsprozesses;
Fig. 17 ist eine Stirnansicht im Schnitt der Form und des Druckstössels, wobei der Schnitt entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16 verläuft;
Fig. 18 ist in perspektivischer Darstellung ein am Ende eines Verformungsprozesses vorliegenden Produkts in der Form einer im Querschnitt halbrunden Schraubenhälfte;
Fig. 19 ist in perspektivischer Darstellung die im Querschnitt halbrunde Schraubenhälfte im fertigen Endzustand;
Fig. 20 ist in einer Stirnansicht im Schnitt eine Form und ein Druckstössel zur Verwendung bei einem ersten Verformungsprozeß in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 ist in einer Seitenansicht im Schnitt die Form und der Stössel der Anordnung gemäß Fig. 20;
Fig. 22 ist in einer Stirnansicht im Schnitt die Form und der Druckstössel während eines ersten Verformungsprozesses bei einer vierten Ausführungsform;
Fig. 23 ist in einer Seitenansicht im Schnitt die Form und der Dorn von Fig 22;
Fig. 24 ist in einer perspektischen Darstellung die Form und der Dorn;
Fig. 25 ist in perspektivischer Darstellung die eine Hälfte einer runden Stange mit angeformter Schulter, wie sie in einem ersten Verformungsprozeß hergestellt worden ist;
Fig. 26 ist in perspektivischer Darstellung die nachbearbeitete halbe Stange gemäß Fig. 25;
Fig. 27 ist in perspektivischer Darstellung eine runde Stange mit angeformter Schulter, wie sie aus zwei Hälften gemäß Fig. 26 hergestellt worden ist;
Fig. 28 ist in perspektivischer Darstellung ein Kopfkern, wie er in eine runde Stange mit angeformter Schulter gemäß Fig. 27 einzusetzen ist;
Fig. 29 ist in einer Seitenansicht im Schnitt eine Form mit in sie eingebrachtem Material und ein Druckstössel für einen zweiten Verformungprozeß einer vierten Ausführungsform;
Fig. 30 ist in einer Seitenansicht im Schnitt Form und Druckstössel während des zweiten Verformungsprozesses;
Fig. 31 ist in perspektivischer Darstellung eine aus zwei Hälften zusammengesetzte runde Stange mit angeformter Schulter nach ihrer Herstellung in einer abgewandelten vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 32 zeigt als Seitenansicht im Schnitt einen wesentlichen Teil einer Form für die Durchführung des zweiten Verformungsprozesses der abgewandelten Ausführungsform;
Fig. 33 ist als Seitenansicht im Schnitt eine Form und ein Druckstössel während der zweiten Verformung einer anderen Abwandlung der vierten Ausführungsform;
Fig. 34 und 35 sind Seitenansichten von abgewandelten Druckstösseln, wie sie bei der ersten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.

Einzelbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Zuerst werden wie beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 hochfeste fadenförmige Fasern 2 in einen Trägerkörper, einer Matrix, aus thermoplastischem Harz 4 eingebettet. Das thermoplastische Harz 4 ist durch Extrudieren oder Ziehen zu Stangenmaterial 6 mit kreisförmigem Querschnitt verformt worden. Bei dieser Formung der Stange 6 aus thermoplastischem Material 4 werden die Fasern 2 in parallelen Reihen in Längsrichtung des Stangenmaterials 6 verlaufend in dieses eingefügt. Das thermoplastische Harz 4 ist ein leichtes und festes Material, z.B. Polyetherehterketron-Harz. Die Fasern 4 sind beispielsweise Kohlenstoff- Fasern. Bei dem Material 6 beträgt der Faseranteil vorzugsweise 30 bis 80% des Gesamtgewichtes. Insbesondere beträgt der Anteil der Fasern am Gesamtgewicht 60 bis 70%.
Danach wird das Stangenmaterial auf die vorgeschriebene Länge geschnitten und in die Metallform 20 gemäß Fig. 6 eingelegt sowie erhitzt, daß es fließfähig wird, jedoch nicht schmilzt. In Fig. 6 ist das Stangenmaterial 6 zusammen mit anderen Komponenten dargestellt.
Die Form 20 ist vorzugsweise für die Erzeugung von Schrauben bestimmt, die keinen Schraubenkopf haben. Die Form 20 besteht aus einem ersten Formteil 22, das eine ebene Stirnfläche 28 zum Bilden einer Endfläche der Schraube hat, einem zweiten Formteil 24 zum Erzeugen des mit einen Gewinde versehenen Schraubenschafts und aus einem dritten Formteil 26 zum Erzeugen der anderen Endfläche der Schraube. Das zweite Formteil 24 besteht aus einem Paar Formhälften 25 und 27, die im wesentlichen zueinander symmetrisch und voneinander zu trennen sind. Sind die beiden Formhälften 25, 27 miteinander verbunden, so bildet das zweite Formteil 24 eine Ebene bzw. Fläche 30, die an der Ebene bzw. Fläche 28 des ersten Formteils 22 anliegt und zu der sich die Längsbohrung 32 mit ihrer Längsachse senkrecht erstreckt. Die Längsachse der Längsbohrung 32 liegt in einer Ebene, in der sich die Formhälften 25 und 27 berühren. Die Längsbohrung 32 weist einen Abschnitt mit einem Innengewinde auf und einen Abschnitt mit einer glatten Wand und beide Abschnitte sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der glatte Bohrungsabschnitt ist vom ersten Formteil 22 weiter entfernt als der Gewindeabschnitt und der Durchmesser des glatten Bohrungsabschnittes ist kleiner als der kleinste Durchmesser des Gewindeabschnittes. Der dritte Formteil 26 weist einen zylindrischen Zapfen 34 auf, der spielarm in den glattwandigen Längsbohrungsabschnitt eingesetzt weden kann. Der dritte Formteil 26 weist eine in Längsrichtung der Form konzentrisch zum Zapfen 34 und der Längsbohrung 32 gerichtete Längs- bzw. Führungsbohrung 36 auf. Das vorgegebene Stangenmaterial 6 befindet sich im Gewindeabschnitt der Längsbohrung 32, wobei die Längsachsen des Gewindeabschnittes bzw. der Längsbohrung 32 und des Stangenmaterials 6 deckungsgleich sind.
Zum Herstellen der Schraube aus dem Stangenmaterial wird nunmehr ein Druckstössel 40, der ein Rundmaterial ist, spielarm in die Führungsbohrung 36 eingeführt, wozu ein nicht dargestelltes Druckwerkzeug zur Anwendung kommt. Im weiteren Vorschieben mittels des Druckwerkzeugs in der Führungsbohrung 36 gelangt der Druckstössel 40 in das erwärmte und dadurch plastisch verformbar gewordene Stangenmaterial 6, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Das Stangenmaterial 6 wird dabei und dadurch radial aufgeweitet und wird in das Gewinde des Formteiles 20 eingedrückt und auf die Außenfläche des Stangenmaterials 6 wird ein Außengewinde aufgeprägt, so daß aus dem ursprünglich zylindrischen Stangenmaterial 6 die Schraube 42 wird. Der Druckstössel 40 wird in der Schraube 42 belassen und füllt deren Kernbereich aus, so daß eine zentrale Längsöffnung in der Schraube 42 vermieden ist. Um das Eindringen des Druckstössels 40 in das Stangenmaterial 6 zu erleichtern, wird das vordere Ende des Druckstössels bleibstiftförmig angespitzt.
Nach der Bildung der Schraube 42 wird sie abgekühlt, um wieder hart bzw. starr zu werden, wie es das Stangenmaterial ursprünglich war. Die beiden Formhälten 25 und 27 des Formteiles 24 werden voneinander getrennt, so daß die Schraube 42 aus der Form herausgenommen werden kann. In der Endfläche A-A der Schraube 42 wird der Druckstössel 40 abgeschnitten. Durch maschinelle Bearbeitung wird in die durch A-A gekennzeichnete Endfläche der Schraube ein Schlitz zum Ansetzen eines Schraubenziehers eingearbeitet. Der Druckstössel 40 besteht vorzugsweise aus einem Material, das gegen Verformung in hohem Maße widerstandsfähig ist, beispielsweise Stahl oder ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff, FRP, der ähnliche Eigenschaften wie das Material der Schraube 42 haben sollte.
Für hochbeanspruchte Schrauben sollte Stahl als Material des Druckstössels 40 der Vorzug gegeben werden. Die Materialgleich- oder zumindest ähnlichkeit von Schraube 42 und Druckstössel 40 sollte dann vorgezogen werden, wenn es auf möglichst geringes Gewicht ankommt. Es kann zweckmäßig sein, in das Stangenmaterial 6 zum radialen Aufweiten desselben einen Stahlstift einzuführen und diesen nach dem Aushärten der Schraube 42 durch einen Stift zu ersetzen, dessen Material dem der Schraube 42 gleicht oder ähnelt. Der Querschnitt des Druckstössels 40 ist so zu wählen, daß das Stangenmaterial 6 im Aufweiten durch Einführen des Druckstössels vollständig und ohne daß Hohlräume verbleiben den Formteil 20 und insbesondere dessen Gewinde ausfüllt.
Wird eine Schraube in der beschriebenen Weise erfindungsgemäß aus faserverstärktem Kunststoff, FRP, hergestellt, so bleiben die Fasern 2 von einem zum anderen Ende der Schraube unbeschädigt, sie werden lediglich verformt. Die Fasern 2 nahe dem Umfang des Stangenmaterials 6 erhalten die Form des Gewindes und diese Form bleibt beibehalten; sie verlaufen zick-zack- oder wellenförmig entsprechend dem Gewinde der Schraube. Bei der Herstellung der Schraube 42 vermag der Stössel 40 den notwendigen Druck aufzubringen bzw. auf das Stangenmaterial 6 auszuüben. Demzufolge können Schrauben erzeugt werden, die in hohem Maße widerstandsfähig sind und die Fertigung ist unter Einhaltung enger Toleranzgrenzen möglich.
Falls der Druckstössel 40 eine mechanische Festigkeit hat, die im äußersten Fall der des faserverstärkten Kunststoffes FRP entspricht, hat die gefertigte Schraube 42 mit dem darin verbliebenen Druckstössel 40 eine höhere Torsionsfestigkeit um ihre Längsachse als dies bei bisher üblichen Schrauben aus faserverstärktem Kunststoff FRP der Fall ist.
Bei dem vorbeschriebenen Verfahren hat der Druckstössel 40 zunächst eine größere Länge als die fertige Schraube 42 und nach der Herstellung der Schraube 42 muß der Druckstössel 40 auf die Ebene des relevanten Schraubenendes gekürzt werden, wie es auch beschrieben wurde. Stattdessen ist es auch möglich, einen Druckstössel 40 zu verwenden, dessen Länge der der fertigen Schraube 42 entspricht, um den Arbeitsvorgang des Kürzens des Druckstössels einzusparen.
Während bei der bisher beschriebenen Ausführungsform die hergestellte Schraube 42 keinen Kopf hat, kann eine Schraube mit Kopf wie folgt hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform muß der Druckstössel einen Kopf haben, der dem Kopf der in der Form befindlichen Schraube entspricht, um die Bildung des Schraubenkopfes zu bewirken, wenn der Druckstössel in das Stangenmaterial eindringt. Gemäß Fig. 8 schließt dabei der Druckstössel 48 einen Schraubenschaftkernteil 50 ein, dessen bezüglich des Eindringens in das Stangenmaterial vorderes Ende bleistiftartig angespitzt ist und dessen anderes Ende sich in einem Kopfteil 52 fortsetzt, das dem Kopf der fertigen Schraube entspricht und konzentrisch zum Schraubenschaftkernteil 50 angeordnet ist. Obwohl das erste Formteil 22 dem beider Ausführungsformen gemäß Fig. 6,7 entspricht, ist das zweite Formteil 54 zwar in der gleichen Weise teilbar wie das zweite Formteil 24, es weist aber eine konische Vertiefung 56 auf, die konzentrisch zur Längsbohrung 32 angeordnet ist und den konischen Kopfteil 52 des Druckstössels aufnehmen soll. Das dritte Formteil 26 ist als Stössel 58 ausgebildet. Der Stössel weist einen zylinderförmigen vorspringenden Zapfen 60 auf, der als Teil des Druckstössels 58 in das Stangenmaterial 6 eindringt.
Bei Verwendung einer Form gemäß Fig. 8 wird eine Senkkopfschraube wie folgt hergestellt. Das Stangematerial 6 wird in das Gewindeloch 32 des zweiten Formteils 54 eingeführt, dort festgelegt und auf die Erweichungs- bzw. Plastifizierungstemperatur erhitzt. Daraufhin wird der Druckstössel 48 von dem ebenfalls als Druckstössel wirkenden Stössel 58 in das Stangenmaterial 6 eingeführt. Auf diese Weise kann die Schraube 62 gefertigt werden, indem der Stössel 48 mit seinem Schaft- bzw. Kernteil 50 in das Stangenmaterial 6 eindringt und dieses in das Schraubengewinde der Form drückt, wobei das Kopfteil 52 zum Kopf der Schraube 62 wird. Ist die Schraube 62 abgekühlt, so wird das zweite Formteil 54 vom ersten Formteil 62 getrennt.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Druckstössel in einfacher Weise zylindrisch und hat einen kreisförmigen Querschnitt, wie es aus Fig. 6,7 zu ersehen ist. Um jedoch den physikalischen Kontakt zwischen dem in der Schraube belassenden Druckstössel 40 und der produzierten Schraube 42 zu erhöhen, kann der Druckstössel 40 vorzugsweise die in Fig. 34 oder Fig. 35 dargestellte Form haben. Der Druckstössel 40 gemäß Fig. 34 weist eine Mehrzahl von Vorsprüngen an seiner Außenfläche auf. Die Vorsprünge sind entlang der Längsachse des Druckstössels voneinander beabstandet. Der Druckstössel 40 gemäß Fig. 35 weist ein auf seiner Außenfläche ausgebildetes Gewinde auf. Demzufolge ist ein Verschieben zwischen dem in der Schraube verbliebenen Druckstössel 40 und der Schraube 42 vermieden und die Festigkeit der Schraube ist erhöht.

Zweite Ausführungsform

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 9 bis 13 beschrieben. Auch bei dieser zweiten Ausführungsform wird das in Fig. 1 dargestellte Stangenmaterial verwendet.
Gemäß Fig. 9 und 10 besteht eine Form 70 zum Herstellen einer Schraube aus einem ersten Formteil 72 zum Herstellen eines konischen Kopfes der Schraube und aus einem zweiten Formteil 73 zum Herstellen des mit einem Gewinde versehenen Schafts der Schraube. Das erste Formteil 72 schließt eine kreisringförmige Fläche 76 zum Herstellen einer Kante des Schraubenkopfes und einem konischen Vorsprung 78 ein, der an der Basis von der Ringfläche 76 konzentrisch umgeben ist.
Das zweite Formteil 73 besteht aus zwei Formhälften 74, 75, die symmetrisch sind und von denen die Formhälfte 74 eine obere und die Formhälfte 75 eine entsprechend untere Formhälfte ist. Sind obere Formhälfte 74 und untere Formhälfte 75 zusammengefügt, so schließt das zweite Formteil 73 eine ringförmige Positionieröffnung 80 ein, die im Zustand des Zusammenwirkens mit der ringförmigen Fläche 76 des ersten Formteiles 72 gehalten ist und senkrecht zur ringförmigen Fläche 76 verläuft; das zweite Formteil 73 schließt weiter ein eine konzentrisch zur Positionieröffnung 80 angeordnete konische Öffnung 82 und eine Durchgangsöffnung oder erste Formkammer 84, die einen kreisförmigen Querschnitt hat, teilweise mit einem Gewinde versehen ist und konzentrisch zu der Positionieröffnung 80 angeordnet ist. Die Längsachse der Öffnungen 80, 82 und 84 liegt in einer Ebene, in der beide Formhälften 74 und 75 einander berühren. Wenn erstes Formteil 72 und zweites Formteil 73 miteinander in Verbindung stehen, so liegt auch die Spitze des konischen Vorsprunges 78 auf der vorgenannten Längsachse. Die konische Öffnung 82 verläuft parallel zu dem konischen Vorsprung 78, ist aber von ihm in der Richtung der genannten Längsachse beabstandet, so daß zwischen den konischen Flächen des Vorsprunges 78 und der Öffnung 82 eine konische zweite Formkammer gebildet ist, die in direkter Verbindung mit der Durchgangsöffnung 84 steht. Die Durchgangsöffnung 84 ist an dem der konischen Öffnung 82 zugewandten Ende mit einem Innengewindeabschnitt 86 und am anderen Ende mit einem glatten Zylinderabschnitt 88 versehen. Der Durchmesser des glatten Zylinderabschnittes 88 ist kleiner als der konische Durchmesser des Innengewindeabschnittes 86.
Das Stangenmaterial 6 wird auf die vorgeschriebene Länge abgeschnitten und in die Öffnung 84 des zweiten Formteiles 73 derart eingelegt, daß die Längsachse des Stangenmaterials 6 und der Öffnung 84 deckungsgleich sind. Danach beginnt der erste Verformungsprozeß bzw. die erste Stufe des zweistufigen Verformungsverfahrens. Das Material 6 wird bis zum Erweichungsbzw. Plastifizierungspunkt erhitzt. Danach wird ein Druckstössei 90 vorgeschoben und in die Öffnung 84 durch eine nicht dargestellte Drückeinrichtung eingeführt. Der Druckstössel 90 weist ein stangenförmiges, im Querschnitt rundes Druckteil 92 und einen zu diesem konzentrischen Flansch 94 auf. Der Druckteil 92 entspricht in Länge und Querschnitt dem glattwandigen Abschnitt 88. Der Druckteil 92 ist am vorderen Ende mit einer im Querschnitt kreisrunden Vertiefung 96 versehen, deren Durchmesser kleiner als der des Stangenmaterials 6 ist. Die Tiefe der Vertiefung 96 hängt von der Kapazität der form 70, dem Volumen des Stangenmaterials 6 und dem auf das Stangenmaterial 6 aufzubringenden Druck ab.
Demzufolge wird das erhitzte Stangenmaterial 6 von dem Druckstössel 90 gemäß Fig. 10 in axialer Richtung durch eine Druckkraft beaufschlagt. Ein Ende des Stangenmaterials 6, das dem ersten Formteil 72 näher ist, wird in den Freiraum zwischen den Kegelflächen des ersten Formteiles 72 und des zweiten Formteiles 73 hineingeschoben und breitet sich entsprechend der Form dieses Freiraumes kegelförmig aus, dabei den konischen bzw. kegelförmigen Vorsprung 78 umschließend bzw. an ihm anliegend; das Stangenmaterial 6 wird in die zweite Formkammer hineingedrückt. Die Axialverschiebung des Stangenmaterials in den kegelförmigen Ringraum zwischen den beiden Formteilen 72 und 73 wird durch die Einsenkung 96 im Druckstössel 90 begünstigt. Das Stangenmaterial 6 expandiert auch in radialer Richtung und es wird mit den außen liegenden Schichten in das Gewinde 86 hineingedrückt, so daß auf der äußeren Umfangsfläche des Stangenmaterials ein Außengewinde ausgebildet wird. Die Bewegung des Druckstössels 90 wird beendet, wenn sein Flansch 94 an der ihm zugewandten Stirnfläche des zweiten Formteiles 73 zur Anlage kommt.
Auf diese Weise wurde aus dem Stangenmaterial 6 die halbfertige Schraube 114 gebildet, die einen kegelförmigen Senkkopf 116 entsprechend der Wandfläche 8 des zweiten Formteiles 73 und einen zum Senkkopf 116 achsgleichen Gewindeschaft 118hat. Die Kohlenstoff-fasern 2 verlaufen ohne gebrochen zu sein teils parallel zu den flächen 82 des Vorsprunges 78, teils folgen sie dem Gewinde; die weiter innen im Gewindeschaft verlaufenden fasern verlaufen parallel zu der Längsachse des Gewindeschaftes.
Danach wird das erste Formteil 72 vom zweiten Formteil 73 getrennt und es folgt der zweite Formungsprozeß bzw. die zweite Stufe des zweistufigen Formungsverfahrens. Dabei wird ein konisch bzw. kegelförmig ausgebildeter Kopfkern 120 gemäß Fig. 11 in die kegelförmige Einsenkung im Senkkopf 116, die durch den Vorsprung 78 gebildet worden ist, eingeführt, so daß wiederum die Längsachsen der Einsenkung und des Kopfkerns 120 deckungsgleich sind. Der Kopfkern 120 besteht aus faserverstärktem Kunststoff, FRP, der dem Werkstoff 6 ähnlich ist. In der Mitte einer Bodenfläche weist der Kopfkern 120 einen Positionierzapfen 122 auf. Der Kernkopf 120 wird in die Einsenkung in einen Schraubenkopf eingeführt, solange die im vorausgegangenen Verfahrensschritt halbfertig hergestellte Schraube 114 sich noch im zweiten Formteil 73 befindet.
Mit dem zweiten Formteil 73 ist ein viertes Formteil 124 kombiniert. Dieses vierte Formteil ist eine runde Platte, die so bemessen ist, daß sie in die Positionieröffnung 80 des zweiten Formteiles 73 eingefügt werden kann. Das vierte Formteil 124 hat seinerseits eine Positionieröffnung 126 in der Mitte seiner einen Seite, die mit dem Positionierzapfen 122 des Kopfkerns 120 zusammenwirkt. Auf diese Weise sind die halbfertige Schraube 114 und der Kopfkern 120 vom zweiten Formteil 73 und dem vierten formteil 124 in der Weise zusammengehalten, daß die halbfertige Schraube 114 und der Kopfkern 120 miteinander verbunden sind.
Die halbfertige Schraube 114 und der Kopfkern 120 werden bis zum Erweichen bzw. zum Plastifizieren erhitzt. Danach wird der Druckstössel 90 erneut in die Längs- bzw. Zylinderöffnung 84 eingeführt, auf die halbfertige Schraube 114 wird eine axiale Druckkraft aufgebracht, die bewirkt, daß halbfertige Schraube 114 und Kopfkern miteinander verbunden werden, worauf die fertige Schraube 130 vorliegt. Nach dem Abkühlen der fertigen Schraube 130, wird das vierte Formteil 124 vom zweiten Formteil 73 getrennt und obere und untere formhälten 74, 75 werden voneinander getrennt, so daß es möglich ist, die fertige Schraube 130 aus der form zu nehmen. Die fertige Schraube 130 ist einstückig, wobei der kegelstumpfförmige Kopf 116 den Kopfkern 120 aufnimmt, ihre Form ist aus Fig. 13 zu ersehen. Sie weist noch die Zapfen 122 und 132 auf, die entstehen, wenn sich so viel Material in der Form befindet und der notwendige Formdruck aufgebracht wird, daß die fertige Schraube die Form zunächst hohlraumfrei ausfüllt und auch in der Schraube keine unerwünschten Lufteinschlüsse vorhanden sind, die jedoch bei der fertigen Schraube keine Funktion haben. Sie werden entlang den beiden gestrichelten Linien in Fig. 13 abgeschnitten. Entsprechend wird in die vom Zapfen 122 befreite Stirnfläche des Schraubenkopfes ein Schlitz 134 eingearbeitet, um einen Schraubendreher ansetzen zu können.
Auch bei einer gemäß dem zweiten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Schraube aus faserverstärktem Kunststoff, FRP, sind die Fasern 2 unzerstört und sie erstrekken sich ohne Unterbrechung vom einen zum anderen Ende der Schraube 130. Die fasern 2 nahe dem Außenumfang der Schraube 130 folgen den Windungen des Schraubengewindes, haben also im Mittellängsschnitt der Schraube gemäß Fig. 12 Zick-Zack- bzw. Wellenform. Mit dem Druckstössel 90 wird auf das Ausgangsmaterial 6 (der Schraube 130) ein für die Umformung des Ausgangsmaterials 6 in die Schraube 130 notwendiger Preßdruck aufgebracht. Es wird eine Schraube aus faserverstärktem Kunststoff ausreichender Festigkeit auch im Bereich des Gewindes gebildet. Es ist ohne weiteres eine hohe Maßgenauigkeit möglich. Es ist schließlich nicht notwendig, ein Ausgangsmaterial vorzusehen, das einen Abschnitt mit geringerem Durchmesser für die Ausbildung des Schraubenschaftes und einen Abschnitt mit größerem Durchmesser für die Ausbildung des Schraubenkopfes aufweist.

Dritte Ausführungsform

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Zugrundelegung von Fig. 1 und 14 bis 19 beschrieben. Bei dieser dritten Ausführungsform soll eine Schraube hergestellt werden, die keinen Kopf hat. Das dabei zur Herstellung der Schraube zur Verwendung kommende Ausgangsmaterial ist das gleiche, wie das bei Fig. 1 dargestellte. Das Ausgangsmaterial 6 wird auf die gewollte Länge abgeschnitten und gemäß Fig. 14 und Fig. 15 in die Form eingelegt. Die Form 140 besteht aus einem rechteckigen, in sich starren Gewindeformglied 142 aus Vollmaterial zur Herstellung des Außengewindes der herzustellenden Schraube, sowie zwei plattenförmige Formendteile 144 zur Herstellung der Endabschnitte der Schraube, die sich an die beiden Enden des Schraubenabschnittes der Schraube anschließen. Das Gewindeformglied 142 besteht aus zwei Hälften 146, 148, die zusammenwirken aber auch voneinander getrennt werden können, die im wesentlichen symmetrisch zueinander sind und, wenn sie voneinander getrennt sind, ein bequemes Herausnehmen der fertiggestellten Schraube aus der Form ermöglichen. Sind beide Hälften 146, 148 des Gewindeformgliedes 140 einander genähert, bildet das Gewindeformglied 140 eine rinnenförmige Führungsnut 150. Der Boden 15 dieser Führungsnut 150 hat im Querschnitt die form eines Halbkreises. Der demzufolge halbzylinderförmige Boden 152 der Führungsnut 150 hat eine Längsachse in einer Ebene, in der der halbzylinderförmige Boden 152 mit seinen beiden Enden endet. Die Scheitellinie des halbzylinderförmigen Bodens 152 fällt mit einer Linie zusammen, in der die Berührungsflächen beider Hälften 146, 148 des Gewindeformgliedes 140 enden. In die Halbzylinderfläche, die den Boden 152 der Führungsnut 150 bildet, sind die Nuten 154 eingearbeitet, die Teile des zusammenhängenden Gewindes der Schraube bilden. Die Weite der Führungsnut 150 ist im Bereich zwischen den Seitenwänden etwas größer als der Größtdurchmesser des im Querschnitt halbkreisförmigen Bodens 152. Das Ausgangsstangenmaterial 6 wird dem halbzylinderförmigen, mit einem Innengewinde versehenen Boden 152 derart zugeordnet, daß die Längsachsen von Material 6 und Bodenfläche 152 zusammenfallen und innerhalb der Form 140 liegen.
Das Ausgangsmaterial 6 in Stangenform wird nun durch Erhitzen weich bzw. verformbar gemacht. Danach wird der Druckstössel 160 nach unten verstellt und in die Führungsnut 150 eingeführt. Der Druckstössel 160 weist ein Druckteil 162 auf, dessen Form so ausgebildet ist, daß es mit der Führungsnut 150 zusammenwirken kann, wobei allerdings seine Stirnfläche plan bzw. eben ist. Gemäß Fig. 16, 17 wird das Material 6 durch den Druckteil 162 des Druckstössels 160 zu einer Schraubenhälfte 164 verformt, wobei ein überflüssiger Rand 166 auf jeder Seite der Schraubenhälfte 164 entsteht. Die Schraubenhälfte 164 hat im wesentlichen die form einer Schraube, die in der Ebene der Längsmittellinie durchgeschnitten ist und die beiden Ränder 166 liegen etwa in dieser Ebene. Die überflüssigen Ränder 166 entstehen durch den Materialüberschuß, der notwendig ist, um einen ausreichenden Druck aufzubauen. Im inneren Bereich der Schraubenhälfte 164 verlaufen die gestreckten Kohlestoff-Fasern zwischen beiden Enden der Schraubenhälfte parallel zur vorerwähnten Längsmittellinie. Im äußeren Bereich der Schraubenhälfte haben die Fasern 2 etwa Zick-Zack-Form und sie folgen der Kontur der Schraubenwindung der Schraubenhälfte ohne zu brechen, d.h. jede faser läuft, der Schraubenkontur folgend, einstückig von einem zum anderen Schraubenende.
Nach Bildung der Schraubenhälfte wird der Druckstössel 160 zurückgezogen und gelangt aus der Form 140 heraus. Die plattförmigen Formendglieder 144 werden vom mittleren, der Gewindeausbildung dienenden Formteil 142 entfernt und die beiden Hälften 146, 148 des mittleren Formteiles 142 werden voneinander getrennt, worauf die Schraubenhälfte 164 aus der Form herausgenommen werden kann. Durch Maschineneinsatz werden die überflüssigen Ränder 166 von der Schraubenhälfte entfernt, was entlang den Linien A-A und B-B in Fig. 18 geschieht. Die Schraubenhälfte 168 im Endzustand ist in Fig. 19 dargestellt.
Die fertige Schraubenhälfte 168 wird mit einer zweiten, gleichen und in gleicher Weise hergestellten zweiten Schraubenhälfte derart zusammengefügt, daß aus den Gewindeabschnitten beider Schraubenhälften ein stufenloses Gewinde der fertigen Schraube entsteht, die keinen Kopf hat. Die Verbindung zwischen beiden Schraubenhälften kann durch Kleben aber beispielsweise auch durch Schweißen erfolgen. Die komplette Schraube ist dann fertig, wenn noch in ein Ende der nunmehr einstückigen ein Schlitz zum Ansetzen eines Schraubendrehers eingearbeitet worden ist.
Auch bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in der dritten Ausführungsform bleiben die fasern unbeschädigt und insbesondere ohne Trennung in mehrere Faserstücke zwischen den beiden Enden der hergestellten Schraube erhalten. Die Fasern 2 nahe dem Schraubenumfang sind in die Gewindewindungen eingelegt, folgen im wesentlichen der Zick-Zack-Form des Gewindequerschnittes, die Fasern sind entsprechend mehrfach gebogen, ohne aber an einem der Umlenkpunkte zu brechen. Ob nun von einer Zick-Zack-Form oder von einer Wellenform gesprochen wird, wesentlich ist, daß die Fasern unbeschädigt den Erhebungen und Vertiefungen in dem Gewinde folgen und keine Gewindespitzen bleiben, die aus Kunststoff ohne Faserverstärkung bestehen. Es kann also eine Schraube aus faserverstärktem Kunststoff mit gleicher Festigkeit in allen Teilen gefertigt werden. Ohne besonderem Aufwand können Schrauben allenfalls mit geringen Abweichungen vom Sollmaß, also großer Maßhaltigkeit gefertigt werden.

Vierte Ausführungsform

Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 20 bis 30 beschrieben.
Bei dieser vierten Ausführungsform wird ebenfalls ein stangenförmiges Ausgangsmaterial 6 gemäß Fig. 1 verwendet. Das Ausgangsmaterial 6 ist vom Stangenmaterial größerer Länge in der gewünschten Länge abgeschnitten worden und dann in eine form 180 wie in Fig. 20, 21 dargestellt eingelegt worden. Es beginnt ein erster oder einleitender Arbeitsprozeß bzw. eine erste oder einleitende Verfahrensstufe (-schritt). Gemäß Fig. 20, 21 und 24 weist die Form 180 einen im wesentlichen rechteckigen im Betrieb einstückigen seitlichen Formblock 182 zur Formung der Seitenfläche des herzustellenden Produktes in der ersten Verfahrensstufe auf. Dieser im Formungsprozeß einstükkige seitliche Formblock 182 besteht aus zwei Formblockhälften, die im wesentlichen symmetrisch sind, ein Formblockhältenpaar bilden und das Herausnehmen des fertigen Produktes aus der Form erleichtern. Der seitliche Formblock 182 definiert eine Führungsnut 190, deren Querschnitt im Bereich ihres Bodens halbkreisförmig ist. Im Bereich des Führungsnutbodens sind drei konzentrisch zueinander angeordnete Halbkreisflächen 192, 194 und 196 gebildet, die untereinander in Verbindung stehen. Es erstrecken sich mit anderen Worten eine Halbkreisfläche 192 mit kleinem Durchmesser, eine Halbkreisfläche 194 mit mittlerem Durchmesser und eine kegelförmige Fläche 196 gleichachsig von einem bis zum anderen Ende der Führungsnut 190. Die Fläche 192 mit kleinem Durchmesser hat die größte Länge und formt einen Abschnitt, der Gewindeteil einer Schraube werden soll, was noch zu beschreiben sein wird. Die Fläche 194 mit dem mittleren Durchmesser ist dazu bestimmt, einen Schraubenhals zu bilden. Die Fläche 164 mit der Kegelstumpfform schließlich ist dazu bestimmt, einen Schraubenkopf zu bilden. Die Kegelstumpffläche 196 verjüngt sich vom Ende des seitlichen Formblockes 182 aus zu der Fläche 194 mit mittlerem Durchmesser. Die seitliche Innenfläche der Führungsnut 190 ist in der Weise bogenförmig ausgebildet, daß die Weite der Führungsnut 190 etwas größer ist als die jeweilige der Flächen 192, 194, 196. Das Ausgangsmaterial 6 ist den Flächen 192, 194, 196 derart zugeordnet, daß die Längsachsen des Ausgangsmaterials 6 im wesentlichen gleichachsig mit den Längsachsen der Flächen 192, 194, 196 ist und vollständig von der gesamten Form 180 umgeben ist.
Das Ausgangsmaterial wird erhitzt bis es verformbar bzw. entsprechend weich geworden ist. Danach wird der Druckstössel 200 nach unten verstellt und in die Führungsnut 190 eingeführt. Der Druckstössel 200 schließt ein Druckteil 202 ein, dessen Querschnitt in der Draufsicht mit der Führungsnut 190 zusammenwirkt. Eine Druckfläche des Druckteils 202 ist im wesentlichen eben, weist jedoch einen halbkegeligen Vorsprung 204 auf, der so ausgebildet ist, daß er mit der Kegelfläche 196 zusammenzuwirken vermag. Wenn der Druckstössel 200 in der Stellung gehalten ist, in der er mit der Form 180 zusammenwirkt, so wird der Vorsprung 204 beabstandet von der Fläche 196 von dieser umgeben, wobei Fläche 196 und Vorsprung 204 parallel zueinander gehalten sind.
Gemäß Fig. 22, 23 wird das Ausgangsmaterial 6 von den vom Druckstössel 202 aufgebrachten Druck so verformt, daß die Kontur der Hälfte einer runden Stange 210 mit einem überflüssigen überstehenden Rand 212 an jeder Längsseite entsteht. Die beiden überstehenden überflüssigen Ränder entstehen dadurch, daß das Ausgangsmaterial 6 ein größeres Volumen als die fertige Halbrundschraube benötigt hat, um einen ausreichenden Preßdruck aufbringen zu können. Die halbrunde Stange 210 mit einer Schulter weist in der Ebene der Längsachse eine ebene Fläche auf, in der die seitlichen Uberstände 212 vom Körper der Halbrundschraube abstehen. Im inneren Bereich der halben Schulterschraube 210 verlaufen die Kohlestoff-Fasern 2 zusammenhängend zwischen den Halbschraubenenden parallel zu deren Längsachse. An dem Ende der Schraube, an der der Kopf mit seiner einen Hälfte ausgebildet ist, werden die Fasern stetig und ohne zu brechen nach außen abgebogen, um in die Kegelstumpffläche des Kopfteiles einzulaufen. Die halbrunde Stange 120 weist einen konzentrisch entlang der Längsachse verlaufenden Abschnitt 214 mit kleinem Radius und einem halbkegelstumpfförmigen Abschnitt 218 auf. Der Abschnitt 214 mit dem kleinem Radius ist dazu bestimmt, Teil des Gewindeabschnittes der Schraube zu werden. Der Abschnitt 216 mit mittlerem Radius ist dazu bestimmt, Teile des Halsabschnittes der Schraube zu werden. Der halbkegelstumpfförmige Abschnitt 218 ist dazu bestimmt, Teil des Schraubenkopfes zu werden. Der halbkegelstumpfförmige Abschnitt 218 erweitert sich vom Abschnitt 216 mit größerem Radius aus nach dem zugehörigen Ende der halbrunden Stange bzw. verjüngt sich von diesem Ende der halbrunden Stange aus zum Abschnitt 216 mit dem größeren Radius. Der Abschnitt 218 mit halbkegelförmiger Kontur weist eine Einsenkung 222 mit ebenfalls halbkegelförmiger Kontur auf, die symmetrisch zur Längsachse der halbrunden Stange 210 und der Außenkontur des halbkegelförmigen Abschnittes 218 verläuft und von dem Vorsprung 204 des Druckstössels 200 ausgebildet worden ist.
Der Druckstössel 200 wird nach der Bildung der halbrunden Stange 210 aus der Form 180 zurückgezogen. Die einzelnen Teile der form 180 werden voneinander getrennt, um die halbrunde Stange 210 aus der form herausnehmen zu können. Dieser Außerbetriebszustand der Form 180 ist in Fig. 24, die aus der Form herausgenommene halbrunde Stange 210 ist in Fig. 25 dargestellt. Nachdem die halbrunde Stange 210 aus der Form 180 herausgenommen worden ist, werden die überflüssigen Randstreifen 212 maschinell entfernt. Die halbrunde Stange 228 hat ihre Endkontur erhalten, wie sie in Fig. 26 dargestellt ist.
Gemäß Fig. 27 wird die halbrunde Stange 228 mit einer gleichen, in gleicher Weise gefertigten halbrunden Stange zusammengefügt, so daß eine runde Stange mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Abschnitten, d.h. dem Abschnitt 214 für ein Gewinde und mit kleinstem Durchmesser, einem Abschnitt 216 mit größerem Durchmesser, der der Hals der Schraube werden wird und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 218 für die Bildung des Schraubenkopfes vorliegt, wie sie in Fig. 27 dargestellt ist. Die Einsenkungen 222 beider halbrunden Stangen gemäß Fig. 26 bilden eine kegelförmige Einsenkung 232, die umschlossen ist von dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 218. Die Verbindung zwischen den beiden halbrunden Stangen 228 gemäß Fig. 26 zu der gestuften runden Stange 230 gemäß Fig. 27 kann mittels eines geeigneten Klebers oder durch thermisches Schweißen erfolgen.
Als nächstes wird ein kegelförmiger Kopfkern 240 gemäß Fig. 28 in die kegelförmige Kopfeinsenkung 232 spiellos eingesetzt und mit der Wand der Einsenkung 232 durch Kleben oder thermisches Schweißen verbunden. Der Kopfkern 240 ist aus dem gleichen Material wie das stab- bzw. stangenförmige Ausgangsmaterial 6 gefertigt, also faserverstärkten Kunststoff, wobei die Fasern geneigt zur Längsachse des Kopfkerns 240 verlaufen.
In dem somit erreichten Zustand kann die runde Stange als Zapfen, Niet oder dergleichen verwendet werden. Dieser Zapfen, Niet oder dergleichen hat einen Kopfabschnitt und einen Zapfenabschnitt. Ist der runde stangenförmige Körper gemäß Fig. 27 mit eingesetztem Kopfkern gemäß Fig. 28 als Schraubenrohling gedacht, so muß dieser einem zweiten Verfahrensschritt oder Arbeitsprozeß unterworfen werden, der nachfolgend anhand von Fig. 29 beschrieben wird.
Nach der Vereinigung des Kopfkerns 240 mit dem gestuften Schaftkörper 230 beginnt der zweite Verformungsschritt zum Aufbringen des Gewindes. Gemäß Fig. 29 wird dabei der gestufte runde Schaftkörper 230 mit dem ihm zugeordneten Kopfkern 240 in eine Form 250 eingelegt. Diese Form 250 besteht aus einem mittleren Formteil 251 zur Umformung der Schraubenoberfläche in ein Schraubengewinde und aus zwei Endformteilen 254 und 256 zur Ausbildung der Schraubenendflächen, wobei sich die Endformteile 254, 256 an das mittlere formteil 251 anschließen. Das mittlere Formteil 251 besteht aus einem Paar Formteilhälften 252, 253, die im wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind, um das Herausnehmen der fertigen Schraube aus der Form zu erleichtern. Sind beide Formteilhälften 252, 253 einander zugeordnet, so umschließt das mittlere Formteil 251 eine Formkammer 258, deren Querschnitt derart kreisrund ist, daß die Längsachse der Formkammer 258 in der Ebene liegen, in der die Formteilhälften 252, 253 aneinander liegen. Die zentrale Formkammer 258 umfaßt einen glattwandigen Abschnitt 260 mit relativ kleinem Durchmesser zum Zusammenwirken mit dem Endformteil 254, einen Abschnitt 262 mit einem Innengewinde, einen weiteren glattwandigen Abschnitt 264 mit relativ kleinem Durchmesser, einen vom Abschnitt 264 aus sich kegelförmig erweiternden Abschnitt 266 und einen Abschnitt 270 mit relativ großen Durchmesser, der mit dem Endformteil 256 zusammenwirkt, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der Gewindeabschnitt 262 hat ein derart ausgebildetes Innengewinde, um den Gewindeabschnitt der zu fertigenden Schraube zu bilden. Der Abschnitt 264 mit relativ kleinem Durchmesser formt den Hals der Schraube. Der kegelförmige Abschnitt 266 verjüngt sich vom Abschnitt 270 mit relativ großem Durchmesser aus zum Abschnitt 264 mit relativ kleinem Durchmesser und dient der Bildung des Schraubenkopfes.
Das Endformteil 254 ist als Platte ausgebildet und wirkt mit dem Kammerabschnitt 260 mit relativ kleinem Durchmesser zusammen. Das Endformteil 256 ist als Stopfen ausgebildet, hat Zylinderform und sitzt in dem Formkammerabschnitt 260 mit relativ größtem Durchmesser. Das Endformteil 254 ist mit einem Zapfen 272 mit kreisförmigem Querschnitt, der in den Formkammerabschnitt 260 mit relativ kleinem Durchmesser hineinragt und mit dem Endformteil 256 zusammenwirkt, um zwischen sich und dem Endformteil 256 mit dem gestuften Schraubenrohling 230 einzuspannen, ausgebildet, dessen Längsachse mit der Längsachse der Formkammer 258 zusammenfällt. Das Endformteil 254 umschließt ein Durchgangsloch 274, das axial und konzentrisch zur Längsachse des Endformteiles 254 dessen plattenförmigen und dessen zapfenförmigen Abschnitt durchdringt.
Nach dem Einsetzen des gestuften Schraubenrohlings 230 in die Form, wird dieser erwärmt, um so weich zu werden, daß seine Verformung möglich ist. Ein zylindrischer Druckstössel 40, der dem Druckstössel 40 der ersten Ausführungsform ähnlich ist, wird gemäß Fig. 30 in das Durchgangsloch 274 eingeführt. Darüber hinaus wird der Druckstössel 40 entlang der Längsachse des gestuften Schraubenrohlings 230 bis zu dessen Abschnitt 264 mit gleichbleibend mittlerem Querschnitt eingetrieben. Der Druckstössel 40 weitet dabei den Abschnitt 214 des Schraubenrohlings 230 radial auf, so daß dieser Abschnitt 214 in das Schraubengewinde des mittleren formteiles 251 hineingedrückt wird und dieser Abschnitt 214 zu einem Außengewinde am Außenumfang geformt wird. Dadurch entsteht aus dem gestuften Schraubenrohling 230 eine Schraube 280 mit einem Schraubenkopf 282, einem Schraubenhals 284 und einem Gewindeabschnitt 286. Der zylindrische Druckstössel 40 wird nicht aus der Schraube 280 herausgezogen, sondern verbleibt in dieser, um deren Kern zu bilden. Das vordere Ende des Druckstössels 40 ist nach der Form einer Bleistiftspitze ausgebildet, um das Eindringen des Druckstössels 40 in den Schraubenrohling zu erleichtern.
Bei dem vorbeschriebenen Herstellungsprozeß der Schraube 280 aus dem Schraubenrohling 230 bleiben die Fasern 2 unbeschädigt und einstückig von einem zum anderen Schraubenende in dessen Kunststoffmatrix. Sie folgen der Gewindekontur der Schraube und werden gebogen, ohne jedoch zu brechen oder zu reißen. Darüber hinaus sind Kopfkern 240 und Schraubenkörper 230 zuverlässig fest und dauerhaft miteinander verbunden.
Die fertige Schraube 280 wird nunmehr gekühlt, um hart zu werden. Die Formmittelteilhälften 252 und 253 werden voneinander getrennt, um die Schraube herausnehmen zu können. An dem dem Schraubenkopf 288 abgewandten Ende der Schraube 280 wird der Druckstössel 40 bündig abgeschnitten. In die Außenseite des Schraubenkopfes 288 wird ein Schlitz eingearbeitet, um an der Schraube einen Schraubendreher ansetzen zu können. Damit ist die Schraube fertig.
Der Druckstössel 40 besteht vorzugsweise aus hochfestem Werkstoff wie Stahl oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, FRP, der zumindest dem der Schraube ähnlich ist. Ein in der Schraube verbleibender Abschnitt des Druckstössels 40 aus Stahl erhöht die Festigkeit der Schraube in besonderem Maße. Soll sich die fertige Schraube durch geringeres Gewicht auszeichnen, so ist der glasfaserverstärkte Kunststoff, FRP, auch für den Druckstössel 40 vorzuziehen. Gegebenenfalls kann es besonders vorteilhaft sein, zum Verformen des Schraubenrohlings 230 zur Schraube 280 einen Druckstössel 40 aus Stahl vorzusehen, diesen nach Fertigstellung der Schraube 280 aus dieser herauszuziehen und durch ein entsprechendes Stangenmaterial aus faserverstärktem Kunststoff, FRP, zu ersetzen, der dem der Schraube zumindest ähnlich ist. Die Bemessung des Druckstössels 40 wird entsprechend der Schraubengröße gewählt, so daß dieser zuverlässig als Rohling in das Formgewinde eingedrückt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Schrauben aus faserverstärktem Kunststoff, FRP, bleiben die im Kunststoff eingebetteten Verstärkungsfasern unbeschädigt und insbesondere brechen sie nicht während des Herstellungsprozesses einer Schraube 280. Die Fasern 2 im Außenbereich folgen den Schraubenwindungen, sie bleiben im Kunststoff eingebettet und dienen der so wichtigen Verstärkung des Kunststoffes im Bereich der Gewindespitze. Es werden also Schrauben mit optimaler Festigkeit produziert. Desweiteren sind im Außenbereich des Schraubenkopfes 282 die Verstärkungsfasern in die konische Kontur des Schraubenkopfes 282 umgebogen, so daß die Festigkeit gegen Abscheren im Bereich des Übergangs zwischen Schraubenschaft und Schraubenkopf deutlich erhöht ist.
Ferner hat der gestufte Schaft 210, weil er im ersten Verformungsprozeß bei erheblichem Druck gefertigt wurde, eine gute mechanische Festigkeit. Beispielsweise hat das Ausgangsmaterial 6, selbst wenn es blasenförmige Hohlräume einschließt, die die Festigkeit beeinträchtigen, nicht mehr diesen Nachteil nach dem ersten Verfahrensschritt, weil er in diesem ersten Verfahrensschritt der Einwirkung eines erheblichen Druckes ausgesetzt ist. Im ersten Verfahrensschritt wurden derartige Lufteinschlüsse beseitigt.
Unter der Voraussetzung, daß das Ausgangsmaterial 6 ein Volumen hat, das ausreicht, um gewährleisten zu können, daß die Formbereiche 192, 194, 196 der form 180 von dem Material zur Bildung des Halbschaftes 210 vollständig ausgefüllt werden, ist es nicht notwendig, daß bei der Fertigung des Ausgangsmaterials eine hohe Maßgenauigkeit eingehalten wird. Es ist auch nicht notwendig, beim Ausgangsmaterial unterschiedlich dimensionierte Bereiche, also einen größer dimensionierten Bereich zur Bildung des Schraubenkopfes und einen kleiner dimensionierten zur Bildung des Schaftes vorzusehen.
Hat der Druckstössel 40 eine Festigkeit, die die des faserverstärkten Materials FRP erreicht oder sogar übersteigt und verbleibt der Druckstössel 40 in angemessener Länge im Schraubenschaft, so ist die Festigkeit der aus faserverstärktem Kunststoff gemachten Schraube insbesondere gegen Torsion um ihre Längsachse sehr hoch und höher als bei konventionellen Schrauben aus faserverstärktem Kunststoff.
Ein modifiziertes Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 31, 32 beschrieben. Wenn die gestufte Halbrundstange 210 im ersten Verfahrensschritt bzw. Prozeß gefertigt wird, kann ein Halbring gefertigt werden, der vom freien Ende des konischen Halbstangenteils 218 seinen Ausgang hat. Wird der gestufte Schraubenrohling als Vollzylinder durch Zusammenfügen zweier Haltezylinder erzeugt, so schließt der Schraubenrohling 230 einen ringförmigen Endteil 290 ein, der aus den Halbringen der beiden Halbstangenteile bei deren Zusammenfügen entstanden ist.
Danach wird auch ein so gestufter Schraubenrohling 230 mit dem eingesetzten Kopfkern 240 einem zweiten Verformungsprozeß unterworfen. Die Form 250 entspricht dabei generell der Form gemäß Fig. 29, 30. Das Endformteil 256 hat jedoch einen im Querschnitt runden, zentrischen Zapfen 292 der in das ringförmige Endteil 290 hineinragt und in diesem gehalten ist. Auch der mittlere Formteil 251 schließt einen Formkammerteil 294 ein, der in direkter Verbindung mit dem kegelförmigen Kammerteil 266 steht und den ringförmigen Vorsprung 290 aufnimmt. Nach dem zweiten Verformungsprozeß wird die ringförmige Verlängerung 290 entlang der Endfläche der konischen Erweiterung 218 und des Kopfkerns 240 abgeschnitten. Die ringförmige Verlängerung kann unmittelbar nach der Vereinigung vom gestuften Schraubenrohling 230 und Kopfkern 240 abgeschnitten werden.
Durch die vorbeschriebene Abwandlung der vierten Ausführungsform kann jegliche Verlagerung der Verstärkungsfasern 2 vermieden werden, die während der Druckeinwirkung auf das Ausgangsmaterial am freien Ende des kegelförmigen Abschnittes 218 eintreten könnte.
Eine nochmalige Abänderung der vierten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 33 beschrieben. Dabei ist der zweite Verfahrensschritt bzw. Prozeß verbessert. Die Einführung des kegelförmigen Kopfkerns 240 in die Einsenkung 232 und die Verbindung des Kopfkerns 240 mit der Wand der Einsenkung schließt eine Form 300 für den zweiten Verfahrensschritt, einen mittleren Formteil 302 zur Bildung des Gewindeabschnittes einer Schraube und Formendabschnitt 304 in der Form einer Platte ein, die der einen Seite des mittleren Formteils 302 zur Bildung einer Endfläche der Schraube zugeordnet ist. Der mittlere Formteil 302 umschließt eine Formkammer 306 mit kreisförmigem Querschnitt, die in einem Abschnitt 308 auf ihrer Innenwand ein Innengewinde aufweist, die in einem zweiten Abschnitt 310 eine glatte Innenwand hat, in einem weiteren Abschnitt 312 kegelförmig ist und die in einem noch weiteren Abschnitt 314 eine glatte Innenwand und einen größeren Durchmesser hat. Die Einzelheiten der Kammerabschnitte 308, 310, 312, 314 sind die der Kammerabschnitte gemäß Fig. 29 mit dem Abschnitt 262 mit Innengewinde, dem Abschnitt 264 mit einem mittleren Durchmesser, einem kegelförmigen Abschnitt 266 und einem Abschnitt 270 mit größerem Durchmesser.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 33 wird zunächst der gestufte runde Schraubenrohling 230 in der Weise in die Form eingelegt, daß die Längsachse des Rohlings 230 und die Längsachse der Formkammer 306 zusammenfallen, worauf der Schraubenrohling 230 erwärmt wird, um so weich zu werden, daß seine Verformung möglich ist. Dann wird ein Druckstössel 316 in der Form eines Nagels mit einem zylindrischen Grundkörper 318 und einem kegelförmigen Kopf 320, der sich zum Grundkörper 318 hin verjüngt, mittels eines Druckstückes 322 mit kreisförmigen Querschnitt in die form hineinverstellt, wobei das zylindrische Druckstück 322 in dem weiteren Formkammerabschnitt 314 des Formmittelteils 302 geführt ist. Der Druckstössel 316 wird entlang der Längsachse des Schraubenrohlings 330 in diesen hineingedrückt, bis der Kopf 320 des Druckstössels 316 in den kegelförmigen Formkammerabschnitt 332 und die Einsenkung 232 des Schraubenrohlings 330 gelangt ist und an der konischen Innenwand der konischen Einsenkung 232 des Schraubenrohlings 330 anliegt. Auf den Außenumfang des Schraubenrohlings 330 wird ein Außengewinde aufgebracht. Der Druckstössel 316 wird in dem Schraubenschaft der bis dahin Teil des Schraubenrohlings 330 war, belassen. Nach dem Abkühlen liegt eine Schraube 330 mit einem Schraubenkopf 332, einem Schraubenhals 334 und dem Gewindeschaft 336 vor, die in der Form des Kopfes 320 des als Nagel ausgebildeten Druckstössels 316 einen Kopfkern hat sowie einen axial verlaufenden Kern 318 in der Form des zylindrischen Grundkörpers 318 des als Nagel 316 ausgebildeten Druckstössels 316. Es bedarf keines besonderen Hinweises, daß der Druckstössel bzw. Nagel 316 aus dem gleichen faserverstärkten Kunststoff bestehen kann wie die eigentliche Schraube 330.
Bei der vierten Ausführungsform in der Ausgestaltung gemäß Fig. 29, 30 hat der Druckstössel 40 eine einfache, zylindrische und glatte Außenkontur. Um jedoch die Verbindung zwischen dem in der eigentlichen Schraube 280 verbleibenden Teil des Druckstössels 40 und der eigentlichen Schraube 280 zu verbessern, kann der Druckstössel vorzugsweise gemäß Fig. 34 oder 35 ausgebildet sein. Der Druckstössel 40 gemäß Fig. 34 weist auf seiner Außenfläche eine Anzahl von Vorsprüngen auf. Die Vorsprünge sind auf die Länge des Druckstössels verteilt und gleichmäßig voneinander beabstandet. Der Druckstössel 40 gemäß Fig. 35 ist auf seiner Außenfläche mit einem Gewinde versehen. Auf diese Weise ist ein Gleiten zwischen Druckstössel und fertiger Schraube weitestgehend ausgeschlossen und die fertige Schraube hat eine ausgezeichnete Festigkeit.
Es wurde eingangs gesagt, daß der Kunststoffanteil 4 des Ausgangsmaterials 6 ein thermoplastisches Harz wie Polyether-Etherketon sein kann und in der vorstehenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen ist davon ausgegangen worden, daß dem so ist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, daß das Ausgangsmaterial ein durch Fasern verstärktes genanntes Kunstharz ist. Es kann für die Matrix 4 praktisch jedes beliebige Kunstharz verwendet werden. Es können beispielsweise Epoxidharze verwendet werden, weil diese sogar eine besonders hohe mechanische Festigkeit haben. In der ersten Verfahrensstufe vor Bildung des endgültigen Produkts kann ein entsprechendes Prepreg auf eine Temperatur erhitzt werden, daß das Epoxidharz in einen semipolymerisierten Zustand überführt wird, wie er als B-Stufe bezeichnet wird. Danach, beim Formen des endgültigen Produkts kann das Material erneut auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der das Material vollständig polymerisiert und aushärtet.
Ferner muß das Ausgangsmaterial 6 nicht zwingend einen kreisförmigen Querschnitt haben, also zylindrisch sein. Andere Querschnittsformen des Ausgangsmaterials sind durchaus vorstellbar.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer glasfaserverstärkten (FRP- fiber reinforced plastic) Schraube mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung des Schraubenschaftes verlaufenden, im mit einem Gewinde versehenen Schraubenschaft (4) aus Plastikmaterial eingebetteten Fasern (2), wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

(a)

Zurichten eines Stangenmaterials (6) als Schraubenschaftrohling aus Plastikmaterial und Faserelementen (2), die sich über die Länge des Rohlings erstrecken, parallel zueinander und zur Längsachse des Rohlings verlaufend in dessen Plastikmaterial eingebettet sind und eine Schmelztemperatur haben, die wesentlich höher ist als die Temperatur, bei der das Plastikmaterial weich bzw. verformbar wird;

(b)

Anordnen dieses Schraubenschaftrohlings (6) innerhalb der zylindrischen Kammer (32) in einer Form (20) derart, daß Schraubenschaftrohling (6) und zylindrische Kammerwand gleichachsig zueinander angeordnet sind, wobei die Außenfläche des Schraubenschaftrohlings (6) glatt, die Innenfläche der Kammer mit einem Gewinde versehen sind;

(c)

Erhitzen des so in der Form angeordneten Schraubenschaftrohlings (6) auf eine Temperatur nicht unterhalb der Temperaturbei der das Plastikmaterial des Schraubenschaftrohlings (6) weich bzw. verformbar wird;

(d)

Einführen eines stangenförmigen Treibkörpers bzw. Stössels (40) in den gemäß (c) erwärmten Schraubenschaftrohling (6) rotationssymmetrisch zu dessen Längsachse, um den Schraubenschaftrohling in radialer Richtung auf dem gesamten Umfang gleichmäßig aufzuweiten, um den Schraubenschaftrohling mit seiner Außenfläche so zum Zusammenwirken mit der als Gewinde ausgebildeten Innenfläche der Formkammer zu bringen, daß auf der Außenfläche des Rohlings ein Gewinde gebildet wird;

(e)

Abkühlen des nunmehr mit einem Außengewinde versehenen Schraubenschaftrohlings (6) auf eine Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur, bei der das Plastikmaterial des Rohlings weich bzw. verformbar wird und

(f)

Herausnehmen des so gebildeten Schraubenschaftes nach seinem Abkühlen gemäß dem Verfahrensschritt (e) aus der Formkammer als abschließendem Verfahrensschritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung eines stangenförmigen Treibkörpers bzw. Stössels (48), der einen stangenförmigen Teil (50) zum Einsetzen in den noch nicht aufgeweiteten Schraubenschaftrohling und einen Flanschteil (52) in im wesentlichen achsgleicher Zuordnung zum stangenförmigen Teil bzw. Abschnitt (50) aufweist, wobei der Flanschteil (52) einen wesentlich größeren Querschnitt als den stangenförmige Teil (so) hat, um den Kopfteil der Schraube zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten vorbereitenden Verfahrensschritt, in dem ein Paar im wesentlichen halbzylinderförmiger Bauteile (168) aus dem Ausgangsmaterial geformt werden, das die Glasfasern einschließt, worauf in einem weiteren vorbereitenden Verfahrensschritt die beiden halbzylinderförmigen Bauteile zusammengefügt werden, um im wesentlichen einen Vollzylinder zu bilden, der als Schraubenschaftrohling (6) den weiteren Verfahrensschritten unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten vorbereitenden Verfahrensschrittes jedes der halbzylinderförmigen Bauteile (210, 228) mit einem Endabschnitt (218) und einem anderen Abschnitt (214) gebildet wird, wobei der Endabschnitt einen wesentlich größeren Halbmesser als der andere Abschnitt erhält, so daß der durch das anschließende Zusammenfügen der beiden halbzylinderförmigen Bauteile entstehende Schraubenrohling einen Kopfteil (222, 222) mit wesentlich größerem Querschnitt als der von dem anderen Abschnitt gebildete Schaftteil hat, wobei beim Positionieren des Schraubenrohlings in der Form (250) sich der Kopfteil (222, 222) außerhalb der zylindrischen Formwand (262) befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die während des ersten vorbereitenden Verfahrensschrittes verwendete Form (180) eine im Querschnitt halbkreisförmige Einsenkung (222) für die Bildung der Kopfteilhälfte (218) an einem Ende der halbzylindrischen Formwand für die Bildung der Schafteilhälfte für den Schraubenrohling aufweist derart, daß die Einsenkung und die halbzylindrische Formwand gleichachsig angeordnet sind und der durch das Zusammenfügen beider Rohlinghälften entstehende Schraubenrohling an einem Ende des Rohlingschaftteils ein Kopfteil (218) aufweist, das seinerseits eine Einsenkung (222) umschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die vom Kopfteil (218) umschlossene Einsenkung (222, 222) des Schraubenrohlings kegelförmig ist und die beiden Pohlingshälften demzufolge Kopfteilhälften aufweisen, die eine halbkegelförmige Einsenkung aufweisen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem nach dem Herausnehmen den Schrauben aus der Form der Treibkörper (40) entlang einer Endfläche (A-A) der Schraube abgeschnitten wird und dabei der stangenförmige Treibkörper (40) in dem Schraubenschaft (6), gegebenenfalls auch dem Kopfteil, belassen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Einsetzschritt, der einschließt, daß der ursprüngliche stangenförmige Treibkörper (40) zunächst aus der mit einem Außengewinde versehenen Schraube (6) herausgenommen wird, um anschließend durch ein eingesetztes stangenförmiges Bauteil ersetzt zu werden, das ein geringeres Gewicht als der ursprünglich verwendete stangenförmige Treibkörper hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines stangenförmigen Treibkörpers (40) mit einer Anzahl von Vorsprüngen, die entlang der Längsachse des Treibkörpers voneinander beabstandet sind.

10. Verfahren nach den Ansprüche 1 und 13, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Eingangsschritten, die einschließen:

(a1)

Zubereiten eines Stangenmaterials (6) als Schraubenschafthälfterohling aus Plastikmaterial und einer Mehrzahl von in dieses Plastikmaterial eingebetteten in Längsrichtung parallel zueinander verlaufenden Faserelementen (2), wobei die Faserelemente (2) eine Schmelztemperatur haben, die deutlich höher ist als die Temperatur, bei der der Kunststoff des Schraubenschafthälfterohlings (4) weich wird, wobei weiter der Rohling einen halbkreisförmigen Querschnitt hat;

(b1)

Einlegen des so zubereiteten Stangenmaterials (6) in eine Formkammer (192, 194, 196), wobei die Formkammer eine Innenfläche (152) mit halbkreisförmigem Querschnitt hat und zwei miteinander verbundene Abschnitte bildetl von denen der eine Abschnitt (192) einen kleineren, der andere Abschnitt (194) einen größeren Querschnitt hat und wobei das Einlegen des Stangenmaterials (6) in die Formkammer (192, 194, 196) in der Weise erfolgt, daß die Längsachsen von Rohling und Kammer zusammenfallen, Rohling und Kammer also gleichachsig sind;

(c1)

Erwärmen des in die Formkammer eingelegten Stangenmaterials (6) auf eine Temperatur nicht unter der Temperatur, bei der das Stangenmaterial weich wird;

(d1)

Aufweiten des erwärmten Materials in radialer Richtung mittels eines Treibglieds (200), das eine ebene Fläche (204) aufweist, die der Innenfläche der Formkammer gegenüberliegt, so daß eine halbrunde Stange (210, 228) aus dem eingelegten Material gebildet wird, deren Längsachse in ihrer ebenen Fläche liegt und wobei die halbrunde Stange einen Endabschnitt (218) mit größerem Radius und einen anderen Abschnitt (214) mit kleinerem Radius hat;

(e1)

Abkühlen der halbrunden Stange (210, 228) auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der das Material des Halbzeugs weich wird;

(f1)

Herausnehmen der abgekühlten halbrunden Stange (210, 228) aus der Formkammer (192, 194, 196);

(g1)

Verbinden zweier gleichartig hergestellter halbrunder Stangen (210, 228) miteinander zu einer Stange (210, 210, 228, 228) mit kreisrundem Querschnitt gemäß Anspruch 1, wobei dieser zylindrische Schraubenrohling einen Kopfabschnitt (218) mit größerem Querschnitt als einen Endabschnitt aufweist und

(h1)

Anschließen der im Anspruch 1 definierten Verfahrensschritte (b) bis (f) an die vorgenannte Folge von Verfahrensschritten einer ersten Verfahrensschrittfolge und Verfahrensschrittfolgen (b) bis (f) gemäß Anspruch 1 einer zweiten Verfahrensschrittfolge in einem zweistufigen Verfahren mit zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensschrittfolgen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Treibglieds (Stössels) (200) für das Aufweiten im Verlauf der ersten Verfahrensschrittfolge, der einen Vorsprung (204) von halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, der von der

ebenen Fläche absteht, wobei der Vorsprung zur Bildung des Kopfabschnittes mit größerem Querschnitt nach innen gerichtet und während des Verformungsvorganges gleichachsig zur Längsachse der Formungskammer angeordnet ist, wobei das bzw. der halbrunde Treibglied bzw. Stössel an einem Ende eine Aussparung mit halbkreisförmigem Querschnitt derart aufweist, daß die Aussparung und die halbrunde Stange konzentrisch zueinander angeordnet sind, so daß der sich aus dem Zusammenfügen bzw. Verbinden zweier gleichartig hergestellter halbrunder Stangen ergebende vollzylindrische Schraubenrohling eine Öffnung vom Vollkreisquerschnitt im Kopfbereich aufweist, wobei das Verfahren im Anschluß an das Verbinden der beiden Hälften weiter einschließt, daß in die Öffnung (222) ein Kopfkern (240) eingeführt wird, der einen kreisrunden Querschnitt aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Vorsprung eine halbkegelige Kontur hat, wobei die Öffnung (222) eine konische Kontur hat und auch der Kopfkern (218, 218) eine konische Kontur hat.

13. Verfahren nach Anspruch 12, was weiter einschließt, daß nach dem Herausnehmen des Rohlings aus der Form während der zweiten Verfahrensschrittfolge, das eingesetzte Treibglied bzw. der eingesetzte Stössel in der Ebene der bzw. einer Endfläche des Rohlings abgeschnitten wird, während das Treibglied bzw. der Stössel im Stangenmaterial eingebettet verbleibt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stössel- bzw. Treibgliedwerkstoffes, der mechanisch nicht weniger fest ist als der Werkstoff des Rohlings.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Stössel, der aus dem genannten Plastikmaterial und den Faserelementen besteht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 für die Herstellung eines Nietes, wobei dieser Niet einen Schaft (212) und einen Kopf (218) hat und wobei der Querschnitt des Kopfes größer als der des Schaftes (212) ist, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stössels (200), dessen der glatten Formkammerinnenfläche zugewandter Umfangsfläche glatt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stössels (200) und einer Formkammer (192, 194, 196), wobei die Außenkontur des Stössels und die Innenkontur der Formkammer konisch sind.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Fasern Kohlenstoff-Fasern und das Plastikmaterial Thermoplastikharz sind.