-
Diese Erfindung bezieht sich auf Gußgesenkformen im
allgemeinen und insbesondere auf ein Verfahren zum
Gußgesenkformen eines Metallgliedes direkt auf einem
faserverstärktem Hauptkörper, wie im Oberbegriff von
Anspruch 1 spezifiziert, zum Beispiel wie in der
US-A-4 606 395 offenbart.
-
Faserverstärktes Kunststoffmaterial, das typischerweise
als FRP bezeichnet wird, kann trotz seiner höheren
Koten in der Automobilindustrie ansteigende Verwendung
finden, und zwar wegen seiner hohen Stärke-zu-Gewichts-
Verhältnisse. Ein Beispiel liegt in der Herstellung von
Windschutzscheibenwischerarmen, welcher
traditionellerweise Metallbestandteile sind. Wenn Windschutzscheiben
immer weiter wegen der aerodynamischen Effizienz
zurückgeneigt werden, wachsen die zugehörigen Wischerarme
immer größer und schwerer an. Die Beanspruchung, die
durch das Extragewicht bei der Wischerumkehr geschaffen
wird, könnte schwerere und teurere Wischermotoren und
Gelenke erfordern, was einen FRP-Arm mit leichterem
Gewicht potentiell kosteneffektiv macht. Ein Problem des
Ersetzens von Metall durch FRP in irgendeinem
Automobilbestandteil liegt in der Tatsache, daß es schwierig
oder unmöglich ist, es in Gestalten zu bilden, die
gerollt oder diskontinuierlich sind. So kann es gut als
eine Antriebswelle dienen, welche eine längliche Röhre
mit konstantem Querschnitt ist, aber nicht als ein
Transmissionsgehäuse mit seinen labyrinthischen
internen Durchtritten.
-
Eine andere Beschränkung ist, daß viele automobile
Bestandteile direkt an ein anderes Metallbestandteil an
irgendeinem Punkt angebracht werden müssen, was
erfordern kann, daß der FRP-Bestandteil mit einem
lokalisierten Metallbefestigungsglied vorgesehen wird. Zum
Beispiel muß eine FRP-Antriebswelle einen Metallverbinder
an jedem Ende für die Befestigung an den Rest des
Antriebszuges aufweisen. Es ist schwierig, erfolgreich
und sicher FRP direkt an Metall zu verbinden,
insbesondere, wenn der Anbringungspunkt schwerer Belastung und
Beanspruchung unterworfen sein wird. Viele Patente sind
gerade auf das Problem der Verbindung von
Metallendstücken an FRP-Antriebswellen gerichtet, wobei die
meisten davon verschiedene Adhäsionsmittel, Nieten,
Keile oder Kombinationen davon mit einbeziehen.
-
Der Konstrukteur eines FRP-Wischerarms würde beiden der
oben erwähnten Probleme gegenüberstehen. Der
Hauptkörper eines Wischerarms ist grundlegend ein Stab oder
Balken mit einem ziemlich konstanten Querschnitt und
glatter äußerer Oberfläche, die keine speziellen Vorsprünge
oder Diskontinuitäten vorweist. Dies ist eine
grundlegende Gestalt, die sich gut für die FRP-Herstellung
eignen würde. Eine Matrix aus verstärkten Glasfasern mit
voller Länge, die mit einem herkömmlichen
thermohärtenden Harz durchtränkt ist, wird in eine Form mit der
gewünschten Balkengestalt gelegt und dann wärme-gehärtet.
Jedoch muß jedes Ende des Balkens mit anderen Aufbauten
verbunden werden, und zwar eines an ein Wischerblatt
und eines an einen gerändelten Wischerantriebspfosten.
Die Endverbindung an den Wischerpfosten insbesondere
erfordert eine komplexe Gestalt und wird hohen
Belastungen unterworfen, denen viel besser durch eine
Metall-zu-Metall-Verbindung gedient ist. Das Formgießen
eines Metallantriebspfostenverbinders direkt an das
Ende eines FRP-Armes wäre bevorzugt im Ausdruck der
Zeit, Kosten und Stärke gegenüber der Anbringung eines
separaten Verbinders durch adhäsive oder mechanische
Mittel. Jedoch zersetzt sich der Thermohärt-Harz, der
die Fasern zusammenbindet, auf gravierende Weise bei
den Schmelztemperaturen geeigneter Metalle wie
Aluminiumlegierung. Tests, die FRP geschmolzenem Metall für
Zeiten unterworfen haben, die den Zykluszeiten
vergleichbar sind, welche in Standardformgußarbeitsgängen
mit einbezogen sind, haben derartig schwere thermische
Zersetzung des Harzes gefunden, um zu schließen, daß
der Prozeß nicht durchführbar wäre.
-
Ein Verfahren der Herstellung eines baulichen
Bestandteils mit einem faserverstärktem Hauptkörper gemäß der
vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale
gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 spezifiziert sind.
-
Die Erfindung schafft nichtdestotrotz einen
arbeitsfähigen Prozeß zur Herstellung eines baulichen Teils, in
welchem ein Metallglied direkt auf einen
faserverstärkten synthetischen Kunststoffkörper formgegossen wird.
Die thermische Zersetzung des bindenden Harzes des
synthetischen Kunststoffkörpers, die resultiert, wird
tatsächlich gesteuert und zum Vorteil verwendet, um die
Bindung zu verbessern.
-
Zuerst wird ein FRP-Körper geschaffen, der einen
relativ hohen Gehalt an verstärkenden Glasfasern mit voller
Länge aufweist, welche in hohem Maß hitzeresistent
sind. Wie offenbart, ist der Körper ein kurzer Balken
von im wesentlichen rechteckigem und konstantem
Querschnitt mit einer relativ glatten äußeren Oberfläche.
Die Fasern werden mit einem thermohärtendem Harz
zusammengebunden, welcher, wie oben diskutiert, nicht
annähernd so hitzeresistent wie die Glasfasern ist.
-
Als nächstes wird eine Kammer geschaffen, die der
gewünschten Gestalt des Metallgliedes entspricht. Die
Kammer wird durch zusammenpassende Hohlräume in einem Paar
von Stahlformen geschaffen, welche inhärent eine große
Wärmesenkemasse schaffen und welche auch aktiv
wassergekühlt sind. Das Ende des Körpers wird zentral innerhalb
der Kammer mit seiner äußeren Oberfläche nahe der
inneren Oberfläche der Hohlräume unterstützt. Die
Gesenkoberfläche schafft dadurch eine Kammer, die die äußere
Oberfläche des Körpers umgibt, die im wesentlichen
symmetrisch und gleichförmig in der Dicke ist.
-
Als nächstes wird eine geschmolzene Aluminiumlegierung
vorgesehen, welche eine Temperatur aufweist, die höher
als jene, welcher der Harz ohne Zersetzung zu erfahren
widerstehen kann, aber niedrig genug ist, damit sie die
Fasern nicht beeinflussen wird. Die geschmolzene
Legierung wird in die Kammer eingeführt, um sie so
vollständig zu füllen. Als solche bildet die
geschmolzene Legierung engen Kontakt sowohl mit dem Körper als
auch mit den Gesenken, was eine innere
Mantelgrenzfläche an der Körperoberfläche und eine umgebende äußere
Mantelgrenzfläche an der inneren
Gesenkhohlraumoberfläche schafft. Die geschmolzene Ladung wird für eine
Zeit zurückgehalten, während welcher sie an der äußeren
Ummantelung durch die Masse der Gesenke und durch
zirkulierendes Wasser gekühlt wird. Wärme fließt radial von
dem geschmolzenen Metall schnell und gleichmäßig nach
außen wegen der Symmetrie der Kammer und der Tatsache,
daß sie nicht behindert wird und die Wände davon
relativ dünn sind. Die Kühlung dient auch dazu, das Metall
zu verfestigen oder zu "frieren".
-
Während die schnelle Kühlung wichtig ist, wird sie
bewußt nicht so schnell gemacht, noch wird die
Retentionszeit so kurz gemacht, daß alle thermische Zersetzung
des Harzes vermieden wird. Statt dessen wird eine
begrenzte dünne Oberflächenschicht des Harzes zersetzt,
was einen dünnen Bereich der Glasfasern freilegt. Die
gleichen Faktoren, die die gleichmäßige Kühlung an dem
äußeren Mantel schaffen, schaffen eine gleichmäßige
gesteuerte Erwärmung an der inneren Grenzfläche. Bevor
die Abkühlung und Verfestigung des geschmolzenen
Metalls abgeschlossen ist, läuft einiges in und um die
freigelegten Fasern, verfestigt um sie und schließt
zusammen, um einen sehr sicheren Zusammenschluß zu
schaffen. Schließlich wird das abgeschlossene bauliche
Bestandteil aus der Form ausgeworfen. Das Metallglied
kann dann an irgend einem anderen Glied in
herkömmlicher Weise angebracht werden und die
FRP-Metallverbindung kann erheblicher Belastung ohne Versagen
widerstehen.
-
Es ist daher ein allgemeines Ziel der Erfindung, ein
Verfahren des direkten Formgießens eines Metallgliedes
auf einem wärmeempfindlichen faserverstärkten
synthetischen Kunststoffkörper zu schaffen.
-
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein derartiges
Verfahren zu schaffen, in welchem die thermische
Zersetzung des faserbindenden Harzes, das auftritt, wenn es
geschmolzenem Metall ausgesetzt ist, zum Vorteil
verwendet wird, um die Stärke der Bindung zu erhöhen.
-
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein derartiges
Verfahren zu schaffen, in welchem ein äußerer
Kühlungsmantel, der eine Ladung aus geschmolzenem Metall
umgibt, herbeigeführt wird, um das Metall in einer
derartigen Weise zu kühlen und zu verfestigen, daß eine
gesteuerte und begrenzte thermische Oberflächenzersetzung
an der Grenzfläche des Metalls und des FRP-Körpers
herbeigeführt wird, wobei einige der Fasern freigelegt
werden, um welche geschmolzenes Metall fließen und
zusammenschließen kann.
-
Die Erfindung und wie sie ausgeführt werden kann,
werden im nachfolgenden speziell in der folgenden
schriftlichen Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer
Formvorrichtung ist, die ein Paar von
großen Muttergesenken umfaßt, die ein Paar
von Gesenkformen kleinerer Einheiten
enthalten;
-
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer
Einschußkammer ist, die eine Ladung von
geschmolzenem Metall in die
Formvorrichtung von Figur 1 speist;
-
Figur 3 eine Draufsicht von einem der
Einheitsgesenke ist, die einen Hohlraum zeigt,
der darin gearbeitet ist;
-
Figur 4 eine Seitenansicht der zwei
Einheitsgesenke ist, die die Ebene zeigt, in
welcher sie auseinandergehen;
-
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines
FRP-Körpers ist;
-
Figur 6 eine Querschnittsansicht des
FRP-Körpers von Figur 5 ist, die längs der
Linie 6-6 von Figur 5 genommen ist;
-
Figur 7 eine Seitenansicht der zwei
Einheitsgesenke ist, die zusammengeschlossen
sind, wobei der FRP-Körper zwischen
ihnen unterstützt wird und sich in die
verbundenen Hohlräume erstreckt;
-
Figur 8 eine Querschnittsansicht ist, die durch
die Gesenke nach dem Einspritzen des
Metalls um das Ende des FRP-Körpers
genommen ist und schematisch den Wärmefluß
davon zeigt;
-
Figur 9 eine Draufsicht des abgeschlossenen
Teils ist, der einen Fluß des
geschmolzenen Harzes zeigt, der aus dem
FRP-Metall-Übergang herausgedrängt hat;
-
Figur 10 eine Querschnittsansicht ist, die längs
der Linie 10-10 von Figur 9 genommen
ist, die schematisch den Zusammenschluß
des Metalls mit Fasern zeigt, die an
der Oberfläche des FRP-Körpers
freigelegt sind;
-
Figur 11 eine tatsächliche Mikrophotographie
ist, die mit einem
Rasterelektronenmikroskop bei ungefähr 250-facher
Vergrößerung genommen ist, die einen
vergrößerten eingekreisten Teil des Übergangs
von Figur 10 zeigt.
-
Zuerst Bezug nehmend auf die Figuren 1, 2 und 4 ist die
Formvorrichtung, die verwendet wird, eine horizonale
Kaltkammerformgußmaschine, die im allgemeinen mit 10
bezeichnet wird. Die Maschine 10 ist der Typus, der
zwei Haupthälften aufweist, die Gesenkhalter oder
Muttergesenke 12 genannt werden. Die Muttergesenke 12
stellen die Basis der Vorrichtung dar, wobei sie
Merkmale wie Kühlwasserleitungen 14, einen Eingußverteiler
16 und Führungsdorne 18 unterstützen. Entgegengesetzt
dem Eingußverteiler 16 unterstützt gibt es eine
Eingußkammer 20 und einen Plunger 22, welche verwendet
werden,
um eine Ladung geschmolzenen Metalls 24 in die
Maschine 10 zu schicken. Nähere Details über das Metall
24 werden unten angegeben. Die Muttergesenke 12 tragen
ein Paar von Gesenken kleinerer Einheiten, die im
allgemeinen bei 26 und 28 angedeutet sind. Es sind die
Einheitsgesenke 26 und 28, die die gewünschte geformte
Gestalt tatsächlich bilden, was einer Maschine wie 10
erlaubt, verwendet zu werden, um verschiedene
unterschiedliche Bestandteile herzustellen. Jedes
Einheitsgesenk 26 und 28 ist ein Stahlblock, der 228,6 mm x
76,2 mm x 127 mm (neun mal drei mal fünf Inch) mißt,
und daher eine signifikante Wärmesenkemasse in und an
sich selbst vorsieht. Zusätzlich stellt auch jedes
Einheitsgesenk 26 und 28 engen
Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit dem Inneren des Muttergesenkes 12
her, das es unterstützt, was noch größere
Wärmesenkenmasse schafft. Jedes Einheitsgesenk weist einen
passenden Hohlraum 30, der darin gearbeitet ist, auf, dessen
grundlegende Dimensionen X&sub1; bis X&sub7; in Millimetern
31,75; 25,4; 50,8; 19,05; 107,95; 3,17 bzw. 6,35
betragen (in Inch 1,25; 1,0; 2,0; 0,75; 4,25; 0,125; bzw.
0,25 betragen). Ein vergrößertes Ende ist in jedem
Hohlraum 30 gebildet. Das Einheitsgesenk 28 weist ein
Paar von Lokalisiererstreben 32 in seinem Hohlraum 30
genauso wie einen Kühlwasserdurchtritt 34 auf, wobei es
ansonsten dem Einheitsgesenk 26 identisch ist. Beim
Gebrauch lägen die Einheitsgesenke 26 und 28 einander
vertikal gegenüber, sind aber in Figur 4 zwecks
Einfachheit der Veranschaulichung horizontal gezeigt. Während
die Maschine 10, wie offenbart, im wesentlichen im
Aufbau herkömmlich ist, sollte es verstanden werden,
daß sie normalerweise einfach verwendet werden sollte,
um nur einen festen Teil aus Metall zu gießen.
-
Als nächstes auf die Figuren 5 und 6 Bezug nehmend, ist
einer der zwei Bestandteile der baulichen Komponente,
die durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wird,
ein kompressionsgeformter FRP-Körper, der im
allgemeinen mit 36 bezeichnet wird. Der Körper 36 ist im
wesentlichen ein einfacher kurzer Balken von konstantem
rechteckigem Querschnitt mit einer Länge von 152,4 mm, einer
Breite von 25,4 mm und einer Dicke von 6,35 mm (einer
Länge von sechs Inch, einer Breite von einem Inch und
einer Dicke von einem Viertel Inch). Er wird
hergestellt, indem zuerst eine Matrix von voll langen
verstärkten Glasfasern 38 längenweise in einer Form
aufgelegt wird, die dieselbe Gestalt wie der Körper 36
aufweist. Der Gehalt der Fasern 38 beträgt ungefähr 72 %
an Gewicht des Körpers 36. Dann wird ein
thermohärtender Harz 40, welcher in diesem Fall ein aminhärtendes
Biphenol-A-Epoxydharz-System ist, um das Bündel der
Fasern 38 eingespritzt. Der Kompositkörper 36 wird dann
unter Druck in der Form bei 121ºC (250 Grad F) für
näherungsweise zehn Minuten wärmegehärtet und außerhalb der
Form bei 154ºC (310 Grad F) für ungefähr fünfzehn
Minuten nachgehärtet. Schließlich wird ein Paar von Löchern
42 in den Körper 36 gebohrt, die den Lokalisierdornen
32 des Einheitsgesenks 28 entsprechen.
-
Die Temperaturempfindlichkeit und die
Ansprechempfindlichkeit der Fasern 38 und des Harzes 40 verglichen zum
Metall 24 sind wichtig. Das Metall 24 ist eine
Standard-380-Aluminiumlegierung, welche im Druckgießen
verbreitet verwendet wird, und welche einen Schmelzpunkt
von 660ºC (1220 Grad F) aufweist. Während die
Glasfasern 38 einer derartigen Temperatur widerstehen können,
ist diese Temperatur im wesentlichen jenseits der
Temperatur, von welcher erwartet werden kann, daß das Harz
40 ihr widersteht, ohne sehr signifikante Zersetzung zu
erleiden, selbst zu dem Punkt des totalen baulichen
Versagens des Teils. In der Tat zeigten Tests, daß ein
probeähnlicher Körper 36, wenn er für eine Zeit, die einer
normalen Formungszykluszeit vergleichbar war, in
geschmolzenes Aluminium hineingetaucht wurde, in der Tat
entkräftigende thermische Zersetzung erlitt. So wurde
es erwartet, daß ein unbehandeltes ungeschütztes Teil
wie Körper 36 nie überleben würde, ein
Aluminiumspritzgießen damit zu durchlaufen. Nichtsdestotrotz wurde ein
Verfahren, um dies durchzuführen, entwickelt, das als
nächstes beschrieben wird.
-
Bezug nehmend als nächstes auf die Figuren 2 und 7 sind
die grundlegenden Schritte des Druckgußformverfahrens
veranschaulicht. Zuerst wird der Körper 36 in den
Einheitsgesenken 26 und 28 getragen, indem die
Anordnerstreben 32 durch die Löcher 42 eingeschoben werden.
Dann werden die Einheitsgesenke 26 und 28 geschlossen.
Während das meiste der Länge des Körpers 36 von den
inneren Oberflächen der Hohlräume 30 eng berührt und
davon abgequetscht wird, erstreckt sich das Ende des
Körpers 36 auf freie Weise in die vergrößerten Enden
des zusammengeschlossenen Hohlraums 30. Ein
unbehindertes Kammervolumen wird dadurch geschaffen, das das Ende
des Körpers 36 vollständig umgibt. Die inneren
Oberflächen der vergrößerten Enden der verbundenen Hohlräume
30 sind der äußeren Oberfläche des Endes vom Körper 36
nahe, so daß das umgebende Kammervolumen, welches sie
schaffen, symmetrisch ist, und zwar mit einer
Basisdicke von 3,17 mm (einem Achtel eines Inches), wie
senkrecht zu der Oberfläche des Körpers 36 gemessen. Als
nächstes wird eine Ladung geschmolzenen Metalls 24
zwangsweise aus der Eingußkammer 20 durch den Plunger
22 gedrückt und füllt die Kammer um das Ende des
Körpers 36 vollständig in weniger als einem Zehntel einer
Sekunde. Nicht-veranschaulichte Abzüge und Schächte
sind in den Einheitsgesenken vorgesehen, um sich der
verdrängten Luft anzupassen, wenn das geschmolzene
Metall 24 unter Druck eintritt.
-
Wie in Figur 8 gesehen wird, wird eine innere
Mantelumhüllung an der Grenzfläche des Metalls 24 mit den
äußeren Oberflächen des Körpers 36 herbeigeführt. Eine
umgebende äußere Mantelumhüllung wird an der Grenzfläche
zwischen dem Metall 24 und den inneren Oberflächen der
Hohlräume 30 herbeigeführt und ein relativ schneller
äußerer Wärmefluß aus dem Metall 24 zu den
Einheitsgesenken 26 und 28 wird unmittelbar bei der äußeren
Umhüllung herbeigeführt, welche durch die längeren Pfeile
visuell dargestellt ist. Die Richtung radial nach außen
des Wärmeflußes von dem Metall 24 resultiert aus der
großen Wärmesenkenmasse der Einheitsgesenke 26 und 28
und der Muttergesenke 12, ein Effekt, der durch die
Zirkulation des Kühlwassers durch die Wasserleitungen
14 und den Wasserdurchtritt 34 unterstützt wird. Wasser
wird mit einer Flußrate von näherungsweise 76
dm³/Minute (20 Gallonen je Minute) durchgepumpt. Der Wärmefluß
aus dem Metall 24 wird auch schnell und gleichmäßig
durch die relative Dünnheit des gefüllten Volumens um
das Ende des Körpers 36 und durch die Symmetrie des
oben beschriebenen Volumens erhalten. Die
Einheitsgesenke 26 und 28 werden für ungefähr zehn Sekunden
geschlossen gehalten, nach welcher Zeit sich das Metall
24 zu ungefähr 260ºC (500 Grad F) abkühlt und
verfestigt. Die Betriebstemperatur des stetigen Zustands
der Einheitsgesenke ist gemessen worden, ungefähr 177ºC
(350 Grad F) zu betragen.
-
Als nächstes Bezug nehmend auf Figur 9, ist das
abschließende Ergebnis veranschaulicht. Nach zehn
Sekunden werden die Einheitsgesenke 26 und 28 geöffnet und
das fertiggestellte Teil, das aus dem Körper 36 und dem
nun verfestigten Metallendglied 44 besteht, wird
ausgeworfen und auf Raumtemperatur wassergekühlt. Nach der
Entfernung wird manchmal beobachtet, daß eine schwarze
Substanz an der Verbindung zwischen der Oberfläche des
Körpers 36 und dem Metallglied 44 heraussickert und
sich in einer kleinen scheinenden Lache verfestigt,
angedeutet bei 46, was weiter unten erklärt ist.
Klarerweise hat sich der Körper 36 nicht zersetzt oder ist
nicht zu dem Punkt verbrannt, wo er durchgefressen oder
abgefallen ist, aber sein Ansprechen auf schwere
Belastung ist wichtiger, um die Produktionsdurchführbarkeit
zu beweisen. In der Tat wird das fertiggestellte Teil
nicht als eine tatsächliche Komponente verwendet,
sondern als eine Zugtestprobe, um diese Durchführbarkeit
zu testen. Es wird an den Löchern 42 in einer
Testmaschine gehalten und eine Testkraft wird an das
Metallglied 44 angelegt. Zugbelastungen von näherungsweise
6227,51 N (1400 Pfund) sind erreicht worden. Ein
Bestandteil wie ein Wischerarm würde einen Körper
aufweisen, der sehr ähnlich wie Körper 36 gestaltet ist, und
ein Metallendverbindungsglied ähnlich zu Glied 44,
welches später gebohrt bearbeitet, verkeilt oder auf
andere Weise geformt werden könnte. Dies ist ein
beeindruckendes Zeugnis des Produktionswertes. Von zwei
Phänomenen wird gedacht, zum Erfolg des Verfahrens und der
Stärke der Metall-zu-Körper-Bindung beizutragen. Eines
ist klar die schnelle und gleichmäßige Abkühlung des
geschmolzenen Metalls 24, welche den Körper 36 vor
exzessiver Beschädigung schützt. Noch wichtiger ist
jedoch, was an der inneren Umhüllung passiert, was als
nächstes beschrieben wird.
-
Als nächstes Bezug nehmend auf die Figuren 8 bis 11
wird der Vorgang an der Grenzfläche zwischen dem
geschmolzenen Metall 24 und der äußeren Oberfläche des
Endes des Körpers 36 veranschaulicht. Der Wärmefluß aus
dem geschmolzenen Metall 24 ist nicht so schnell, daß
keine Wärme radial einwärts davon zu der Oberfläche des
Körpers 36 fließt. Statt dessen wird ein radialer
Einwärtswärmefluß zu der Oberfläche des Körpers 36
herbeigeführt, der durch die kürzeren Pfeile dargestellt
wird. Geradeso wie mit dem Auswärts-Wärmefluß wird die
Rate relativ gleichmäßig durch die Symmetrie des
umgebenden Volumens gehalten. Während die Temperatur an der
Metall-FRP-Oberfläche-Grenzfläche nicht direkt gemessen
worden ist, ist es aus Labortests beobachtet worden,
daß Harz ähnlich zu Harz 40 beginnt, sich zwischen
371ºC und 427ºC (sieben- und achthundert Grad F) zu
zersetzen. Es scheint, daß die Temperatur an der
Oberfläche des Körpers 36 sich dieser Temperatur nähern muß,
weil es aus den zwei beobachteten Phänomenen klar ist,
daß sich einiges des Harzes 40 an der oberen
Oberflächenschicht des Körpers 36 in der Tat zersetzt, ein
Phänomen, das durch die Phantomlinie in Figur 10
dargestellt ist. Eine Beobachtung ist der verfestigte
Ausfluß 46. Dies ist in klarer Weise geschmolzenes oder
auf andere Weise verflüssigtes Harz 40, zumindest zum
Teil, da es kein Metall ist und die Glasfasern 38
selbst bei der Schmelztemperatur des Metalles 24 nicht
schmelzen werden. Aussagekräftiger ist das, was durch
Schneiden, Polieren und Beobachten der Grenzfläche
unter Vergrößerung beobachtet wird, wie in den Figuren 10
und 11 gesehen. Der Harz 40 hat sich auf klare Weise
über eine Schicht zersetzt, die von ungefähr 30 bis 70
Mikrometer in der Dicke variiert, wobei einiges der
Fasern 38 freigelegt wird. Das Metall 24 ist auf klare
Weise zwischen und um die freigelegten Fasern 38
geflossen, was so einen sicheren Zusammenschluß und eine
Verbindung damit schafft.
-
Während es klar ist, daß sie in der Tat auftritt, wird
der exakte Mechanismus der thermischen Zersetzung des
Harzes 40 nicht exakt verstanden. Offensichtlich
vergast es und kondensiert und verflüssigt zumindest in
einigen Fällen wieder, vergleiche Lache 46. In klarer
Weise ist der Zersetzungsprozeß in der Wirkung und
Tiefe begrenzt, da er das Teil nicht strukturell bedroht.
Ein wichtiger Faktor in der Steuerung und Begrenzung
des Niveaus der thermischen Zersetzung ist die schnelle
und gleichmäßige Kühlung des Metalls 24, so daß nicht
zuviel Harz 40 verlorengeht. Einen anderen steuernden
und begrenzenden Faktor können gut die freigelegten
Schichten der Fasern 38 selbst bilden, die als
Isolierung gegen die Wärme dienen, insbesondere, da der
Fasergehalt des Körpers 36 relativ hoch ist. Andere
Steuerfaktoren können der Ausschluß von Luft durch die enge
Füllung des geschlossenen Metalls 24 oder der Druck,
unter dem es sich befindet, sein. Es ist sehr wichtig,
daß der thermische Zersetzungsprozeß begrenzt und
gesteuert wird, durch welchen Mechanismus auch immer,
entgegengesetzt dazu, vollständig verhindert zu werden.
Eine logische Annäherung wäre, wobei man weiß, daß das
geschmolzene Metall 24 viel heißer als notwendig war,
um die schnelle thermische Zersetzung des Harzes 40 zu
induzieren, zu versuchen, sie insgesamt am Auftreten zu
hindern, oder zumindest im wesentlichen, und zwar durch
schnellere Kühlung, oder durch bewußte Wärmeisolierung
und Schutz der äußeren Oberfläche des Körpers 36 über
dem durch das geschmolzene Metall 24 zu berührenden
Teil. In der Tat wurde dies mit verschiedenen
thermischen Schwellenmaterialien wie rostfreien Stahlflocken
und Silica ausprobiert, welche auch mit einem Metall
mit einer geringeren Schmelztemperatur testgegossen
wurden. Während thermische Verluste des Harzes im
wesentlichen verhindert wurden, war die Metall-zu-FRP-
Oberflächen-Verbindung nicht nahezu so stark.
-
Variationen des Prozesses sollten innerhalb der
grundlegenden offenbarten Umrisse möglich sein. Am breitesten
erfaßt ist die Idee, geschmolzenes Metall direkt auf
die Oberfläche des FRP-Teils einzuführen und dann
seinen Kontakt zu kühlen und zeitlich zu begrenzen, und
zwar hinreichend, um eine oberste Schicht der
verstärkenden Fasern freizulegen, um welche das
geschmolzene Metall fließen kann und damit
zusammenschließen kann. Wie offenbart, wird das
geschmolzene Metall in umgebende Beziehung zu einer
externen Oberfläche eines FRP-Teils eingeführt, aber es
könnte denkbarerweise direkt in eine Höhlung in dem
Teil gegossen werden, ohne Form, und durch irgendein
anderes Mittel gekühlt werden. Mehr könnte getan
werden, um die Charakteristiken der FRP-Fasern und des
Harzes an das geschmolzene Metall und umgekehrt
anzupassen, um so das gewünschte Resultat zu erreichen, wie
die Erhöhung des Fasergehaltes an der Oberfläche, oder
das Experimentieren mit verschiedenen Metallen,
Temperaturen oder selbst Oberflächenüberzügen, die einige,
aber keine vollständige thermische Schwelle vorsehen.
Zum Beispiel wird es gedacht, daß das Schrumpfen des
kühlenden Aluminiums um das Ende des Körpers 36 im
Schaffen der Bindung hilft. Andere Metalle könnten
stärker auf das Abkühlen hin schrumpfen, um so eine Bindung
zu erzeugen, die enger ist. Jeder Konstrukteur wird
zweifelsohne mit verschiedenen Abkühlungsraten,
Metalldicken und Zykluszeiten experimentieren, um so das
optimale Niveau der Harzzersetzung und des Metall
zusammenschlußes zu erreichen, das hier entdeckt worden ist.
Während die Symmetrie der Kammer, die das Ende des
Körpers 36 umgibt, in der gleichmäßigen Kühlung hilft,
könnten genauso asymmetrische Formen geformt werden.
Sorgfältige Plazierung der Kühlungsleitungen könnte
verwendet werden, um die Kühlungsrate zu steuern. Daher
wird es verstanden werden, daß es nicht beabsichtigt
ist, die Erfindung nur auf das offenbarte
Ausführungsbeispiel, sondern nur auf den Umfang der beigefügten
Ansprüche zu begrenzen.