SE451689B - Balk av fiberarmerad plast samt sett att tillverka denna - Google Patents

Description

451 689 härdas i formverktyget till en balk med en i längsriktningen böjd form. I den färdiga balken är samtliga delar med omböjt fibermaterial belägna 1 eller nära balkens ytskikt.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att till- verka en balk av en med fibermaterial armerad plast och med i längsrikt- ningen böjd form, som vid mekanisk belastning motstår avsevärt större spänningar än den kända balken. Det gynnsamma resultatet uppnås enligt upp- ” finningen genom att det huvudsakligen i balkens längsriktning anordnade fibermaterialet anordnas med omböjda delar som är belägna i balkens inre och inte som i det kända fallet nära balkens ytskikt.

Den föreliggande uppfinningen avser närmare bestämt en balk av en med ett fibermaterial armerad plast, vilken har en i längsriktningen böjd form och ett i längsriktningen från mitten mot ändarna avtagande tvärsnitt, särskilt i form av en bladfjäder, och i vilken armeringen består av ett huvudsakligen i balkens längsriktning orienterat fibermaterial med på båda sidor om och på olika avstånd från balkens mitt belägna omböjda delar, som kännetecknas av att fibermaterial som bildar en omböjd del i balkens inre omsluter fibermaterial som bildar varje närmare balkens mitt belägen omböjd del i balkens inre.

Enligt en utföringsform av uppfinningen består armeringen av ett flertal platta lindor av flera varv av fibermaterialet, anordnade med mot fjä- derns längsriktning vinkelräta lindningsaxlar, varvid en linda med kor- tast utsträckning i fjäderns längsriktning är belägen i fjäderns mitt och övriga lindor är utformade med successivt tilltagande utsträckning i fjäderns längsriktning med varje sådan övrig linda omslutande alla lindor med kortare utsträckning i fjäderns längsriktning. Lindorna är företrädesvis anordnade med åtminstone i huvudsak sammanfallande lind- ningsaxlar. Om lindorna på detta sätt tillverkas av flera varv av fiber- materialet kan fibermaterialet på ett effektivt sätt anordnas i sträckt tillstånd utan slaka delar. Armeringens utformning i form av flera lindor med olika utsträckning gör det möjligt att på ett enkelt sätt åstadkomma *T en eftersträvad fibermängd i varje tvärsnitt utefter fjäderns längd.

Uppfinningen avser också ett i patentkrav 6 angivet sätt att tillverka en balk, särskilt i form av en bladfjäder. Enligt detta sätt lindas fiber- materialet till ett flertal lindor med olika utsträckning i den riktning, 451 689 i vilken huvuddelen av fibermaterialet orienteras vid lindningen. Lindningen utföres i en lindningsmaskin med separata pålindningsorgan för fibermateria- let till varje linda, varvid pålindningsorganen sinsemellan anordnas på suc- cessivt tilltagande avstånd från en företrädesvis gemensam lindningsaxel för lindorna. Varje linda utom den närmast lindningsaxeln belägna bringas där- vid att omsluta alla lindor med kortare än egen utsträckning i den riktning i vilken huvuddelen av fibermaterialet oríenteras. Fibermaterialet impreg- neras med ett härdbart harts före eller efter lindningen och placeras i ett formverktyg med ett till balkens böjda form anpassat formrum med huvuddelen av fibermaterialet orienterat i balkens längsriktning, varefter balken for- mas och bartset underkastas härdning.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen är beskrivna i övriga patent- krav.

Fibermaterialet består företrädesvis av glasfiber men kan även bestå av fiber av olika naturliga och syntetiska material såsom bomull, polyetylen- glykoltereftalat, polyakrylnitríl, polyamid, aramid och kol. Fibermaterialet kan med fördel användas i form av en tråd eller sträng av fibrerna.

Plasten är företrädesvis ett lösningsmedelsfritt härdbart harts, såsom t ex ett omättat polyesterharts, ett epoxiharts eller ett polyuretanharts av så- dana typer som konventionellt användes vid framställning av glasfiberarmerad plast. Både värmehärdande hartser och hartser som är hårdbara vid rumstempe- ratur är användbara. Hartset kan tillföras fibermaterialet på olika sätt.

Sålunda kan fibermaterialet förimpregneras med hartset-och hartset eventuellt underkastas en partiell härdning, innan fibermaterialet lindas till lindor eller fibermaterialet impregneras med hartset efter det att fibermaterialet lindats till lindor. Om hartset tillföres fibermaterialet efter det att det lindats till lindor utföres impregneringen företrädesvis som en vakuumimpreg- nering.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringsexem- pel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar en lind- ningsanordning för tillverkning av en balk i form av en bladfjäder enligt den föreliggande uppfinningen, sedd ovanifrån, under tillverkning av en linda av armeringsmaterialet för fjädern, fig 2 samma anordning, sedd från sidan, i en mot anordningens rotationsaxel vinkelrätt riktning, fig 3 samma anordning, sedd från insidan, i en med anordningens rotationsaxel parallell 451 689 riktning, fig H samma anordning som i fig 1-3 i samma vy som i fig 3 med flera färdigtillverkade lindor och en linda under tillverkning, fig 5 ett verktyg för tillverkning av en balk enligt uppfinningen, fig 6 en detalj i en utföringsform av en balk enligt uppfinningen, samt fig 7 och 8 olika modifikationer av anordningen enligt fig 1-3 i samma vy som i fig 3 och H.

Lindningsanordníngen enligt fig 1-3 omfattar en horisontell rotationsaxel 1 och tvâ mot rotationsaxeln vinkelräta och på avstånd från varandra anordnade vertikala gavlar i form av plattor 2 och 3. Axeln 1 består av en vid var- dera plattan fixerad del 1a resp 1b. Varje platta är försedd med ett flertal i en rad på ömse sidor om rotationsaxeln anordnade, med rotationsaxeln paral- lella hål Ha, Hc, He, Hg, Hi resp Hb, Hd, Hf, Hh, HJ. Hålen Ha och Hb är belägna på samma avstånd från rotationsaxeln. Detta gäller även inbördes hålen Hc och Hd, resp hålen He och Hf, resp hålen Hg och Hh resp hålen Hi och Hj. Varje platta är dessutom försedd med hål 5 och 6 som är parallella med rotationsaxeln och belägna på ömse sidor om rotationsaxeln i en riktning som bildar rät vinkel med riktningen hos raden med hålen Ha-j. Genom varje hål Ha-j är pinnar eller tappar 8 inskjutbara. I fig 1 visas endast två av dessa tappar 8a och Bb i hålen Ha resp Hb, men i hålen Hc, Hd, He, Hf, Hg, Hh, Hi och Hj är på analogt sätt tappar 8c, 8d, 8e, 8f, Bg, 8h, Bi och 8j inskjutbara. På samma sätt är tappar 9 och 10 inskjutbara 1 hålen 5 resp 6. Tapparna tjänstgör som pålindningsorgan för fibermaterialet 7 för åstad- kommande av lindor av fibermaterialet. Fibermaterialet består av flera glas- fiberrovings t ex med en vikt av 2HO0 g per km och en diameter av 20 Pm hos den enskilda fibern. Först tillverkas en linda 11 genom att rovingen lindas t ex 10 varv omkring tapparna 8a och 8b. Lindans utsträckning är be- tecknad 11a i fig 3. Med lindans utsträckning avses den färdiglindade lin- dans yttermått i den riktning yttermåttet är störst.

Efter färdiglindning av lindan 11 skjutes tapparna 8c och Bd in mellan gav- larna 2 och 3 och iordningställes, såsom framgår av fig H, en linda 12 om- kring dessa tappar genom pålindning av fibermaterialet. På analogt sätt tillverkas därefter en linda 13 omkring tapparna de och 8f, sedan de in- skjutits. Nästa linda 1H framställes genom omlindning av fibermaterialet omkring tapparna 8g, 8h, 9 och 10 efter inskjutning av dessa tappar. Den yttersta lindan 15 slutligen iordningställes efter inskjutning av tapparna 8i och 8j, omkring dessa tappar samt tapparna 9 och 10. Samtliga lindor är i det exemplifierade fallet uppbyggda av 10 varv och fibermaterialet och fibermaterialet är impregnerat med ett epoxiharte, innan det tillföres lind- *få 451 689 ningsanordningen för framställning av lindorna 11-15. Bpoxihartset kan be- stå av 100 viktdelar av ett harts uppbyggt med bisfenol A (t ex XB 3052A från CIBA AG, Schweiz), 38 viktdelar härdare av amintyp (t ex XB 3052B från CIBA AG). I fig H har varje linda 11-15 ritats med endast en linje för att figuren skall vara tydlig. I verkligheten har dock varje linda en viss tjocklek och en med lindan 11 analog, således icke visad utsträckning 12a, 13a, 1Ha respektive 15a. Lindans 11 utsträckning 11a är visad i fig 3.

De färdiglindade lindorna av det impregnerade fibermaterialet placeras där- efter i enlighet med fig 5 i ett formverktyg omfattande verktygshalvorna 16 och 17 för formning av bladfjädern, dock först efter det att tapparna 8a-8f samt 9 och 10 i det exemplifierade fallet avlägsnats, dvs med tap- parna 8g, 8h, 81 och 81 kvar i lindorna. Tapparna Bg och 8h får sitta kvar i lindorna tills strax före full hoppressning av verktygshalvorna 16 och 17, medan tapparna Bi och 8j får sitta kvar i verktyget även under härningen av hartset i verktyget, dvs tills bladfjädern är färdigtillverkad. Först där- efter avlägsnas tapparna, varvid ändöglor 18 (fig 6) åstadkommes på blad- fjädern. Härdningen av hartset utföres vid 80 OC under en tid av120min.

Glasfiberhalten i den härdade produkten uppgår lämpligen till 75 viktprocent.

En i enlighet med fig 1-5 framställd fjäder kan utan svårighet utformas med sådant från mitten mot ändarna avtagande tvärsnitt att spänningen blir till- närmelsevis konstant längs hela fjädern. Genom att lindorna 1% och 15 fram- ställts med utnyttjande av tapparna 9 och 10 kan fibermaterialet i de yttre lindorna ges en jämn och exakt förutbestämd förspänning, vilket medverkar till att en fjäder med förutbestämd förmåga att uppta spänningar kan fram- ställas. Den framställda bladfjädern har tvärgående fibrer, i fig 5 beteck- nade 11b, 12b, 13b, 1Äb för lindorna 11, 12, 13 och 1U. Dessa fibrer höjer skjuvhållfastheten hos bladfjädern markant. Av fig 5 framgår också att lin- dorna är belägna på avstånd från varandra i bladfjäderns långsriktning, dvs i den riktning i vilken huvuddelen av fibermaterialet är orienterat. In- sidorna på lindorna 11-15 är betecknade 11i-151 och utsidorna på lindorna 11u-15u. Det föreligger alltså avstånd mellan 11u och 121 resp mellan 12u och 131, resp mellan 13u och 1üi resp mellan 14u och 151. Varje sådant av- stånd är företrädesvis större än tjockleken på den linda vars utsida begrän- sar avståndet på en sida.

I det beskrivna exemplet behålles endast tapparna 8i och 8j i den produkt, som härdas i verktyget. Det är dock möjligt att låta flera eller alla 451 689 tappar 8a-8j sitta kvar 1 slutprodukten. De kan då lämpligen liksom blad- fjädern i övrigt vara tillverkade av fiberarmerad plast. Verktyget har i det visade fallet ett av verktygshalvorna 16 och 17 helt omslutet formrum med samma form som den fjäder som skall tillverkas.

För att motverka spjälkning och för att öka skjuvspänningshållfastheten kan den formade och härdade bladfjädern i enlighet med fig 6 vid varje ändögla 18 förses med en förstärkning i form av en omlindning 19 av fiber- materialet impregnerat med hartset, varvid hartset härdas i ett separat moment.

I ovan under hänvisning till fig 1-5 beskrivna utföringsexempel beskrivs framställning av en symmetrisk fjäder, varvid hålen parvis, t ex Ha och Hb, respektive tapparna parvis, t ex 8a och 8b, är belägna på samma avstånd från rotationsaxeln 1. Vid framställning av osymmetriska fjädrar och balkar kan hålen respektive tapparna i ett eller flera par anordnas att vara belägna på olika avstånd från rotationsaxeln, så att mitten eller tyngdpunkterna för lindorna inte sammanfaller.

I enlighet med den i fig 7 visade modifikationen av lindornas framställning användes flera tappar 20-25, som är anordnade så att för var och en rikt- ningarna till tillhörande tappar 8c-Bj för tillverkning av samma linda bildar en trubbig vinkel. Åtminstone tapparna 20-25 avlägsnas före form- ningen. En sådan modifikation ökar flexibiliteten vid tillverkning av bal- kar med olika böjda formar. Detsamma gäller den i fig 8 visade utförings- formen där tapparna Ba-8j anordnats i rader med böjd form som motsvarar den. böjda formen på den bladfjäder som skall tillverkas. Dessa tappar bibehålles lämpligen i lindorna under pressningen. De tappar 26-33 som är anordnade så att för var och en riktningarna till tillhörande tappar 8c-8j bildar trub- biga vinklar, drages ut före formningen av fjädern. Fibermaterialet omkring tapparna 26-33 föres då samman mot mitten och sträckes vid materialets i- läggning i verktyget medan fibermaterialet omkring tapparna 8a-8j bibehåller sina lägen.

I det beskrivna utföringsexemplet kan man i stället för det exemplifierade epoxihartset bl a använda ett omättat polyesterharts innehållande 57 vikt- delar av en reaktionsprodukt av maleinsyra, isoftalsyra och neopentylglykol, varvid per mol maleinsyra användes 1,5 mol isoftalsyra och 2,7 mol neopen- tylglykol samt innehållande vidare 43 viktdelar styren och 1 viktdel bensoyl- peroxíd. Härdningen av hartset kan utföras vid 120 OC under ett par timmar.

.Ex

Claims (9)

451 689 PATENTKRAV

1. Balk av en med ett fibermaterial armerad plast, vilken har en i längs- riktningen böjd form och ett i längsriktningen från mitten mot ändarna av- tagande tvärsnitt, särskilt i form av en bladfjäder, och i vilken armeringen består av ett huvudsakligen i balkens längsriktning orienterat fibermaterial (11, 12, 13, 14, 15) med på båda sidor om och på olika avstånd från balkens mitt belägna omböjda delar (11b, 12b, 13b, 14b), k ä n n e t e c k h a d därav, att fibermaterial (12, 13, 1N) som bildar en omböjd del (12b, 13b, 1ßb) i balkens inre omsluter fibermaterial (11, 12, 13) som bildar varje närmare balkens mitt belägen omböjd del (11b, 12b, 13b) i balkens inre.

2. Balk enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att arme- ringen består av ett flertal platta lindor (11-15) av flera varv av fiber- materialet, vilka är anordnade med mot balkens längsriktning vinkelräta lindningsaxlar, varvid en linda (11) med kortast utsträckning i balkens längsriktning är belägen i balkens mitt och övriga lindor (12-15) är ut- formade med successivt tilltagande utsträckning i balkens längsriktning med varje sådan övrig linda omslutande lindor med kortare än egen utsträck- ning i balkens längsriktning.

3. Balk enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att lin- dorna är anordnade med åtminstone i huvudsak sammanfallande lindningsaxlar.

4. H. Balk enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den är försedd med ändöglor (18) för upptagande av axiella krafter.

5. Balk enligt patentkrav H, k ä n n e t e c k n a d därav, att balken innanför varje ändögla (18) är försedd med en omlindning (19) av fibermate- rialet runt balkens liv.

6. Sätt att tillverka en balk enligt patentkrav 1 av en med ett fiber- material armerad plast, vilken har en i längsriktningen böjd form och ett i längsriktningen från mitten mot ändarna avtagande tvärsnitt, särskilt i form av en bladfjäder, k ä n n e t e c k n a ty därav, att fibermaterialet lindas till ett flertal av flera varv av fibermaterialet bestående lindor (11-15) med olika utsträckning i en riktning i vilken huvuddelen av fiber- materialet orienteras vid lindningen i en lindningsanordning med separata pålindningsorgan (Ba-8j, 9, 10, 20-33) för fibermaterialet till varje linda 451 689 (11-15), varvid pålindningsorganen sinsemellan anordnas på successivt till- tagande avstånd från en gemensam lindningsaxel för lindorna och varje linda (12-15) utom den närmast lindningsaxeln belägna lindan (11) bringas att omsluta alla lindor med kortare än egen utsträckning i den riktning i vil- ken huvuddelen av fibermateríalet orienteras samt att fibermaterialet före eller efter lindningen till lindor impregneras med ett härdbart harts och placeras i ett formverktyg (16, 17) med ett till balkens böjda form anpassat formrum med huvuddelen av fibermaterialet orienterat i balkens längsriktning, “ varefter balken formas under det att hartset underkastas härdning.

7. Sätt enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att lin- dorna (11-15) lindas i en lindningsanordning omfattande en med lindornas lindningsaxel sammanfallande rotationsaxel (1), två mot rotationsaxeln vinkelräta och på avstånd från varandra anordnade gavlar (2, 3) samt sepa- rata pålindningsorgan för fibermaterialet till varje linda i form av ett flertal med rotatíonsaxeln parallella, åtminstone delvis i en rad anord- nade tappar (8a~8j, 9, 10, 20-33), som på varje sida av rotationsaxeln är anordnade på successivt tilltagande avstånd från rotationsaxeln och som genom åtminstone en gavel är inskjutbara i utrymmet mellan gavlarna, var- vid varje linda av fibermaterialet lindas omkring åtminstone två i utrymmet mellan gavlarna inskjutna och på olika sidor om rotationsaxeln belägna tappar.

8. 3. Sätt enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att fibermaterialet i åtminstone den yttersta lindan (15) hålles sträckt i formverktyget (16, 17) under hartsets härdning.

9. Sätt enligt något av patentkraven 6-8, k ä n n e t e o k n a t därav, att de på vardera sidan om líndningsanordningens rotationsaxel längst från rotationsaxeln belägna tapparna'(8i, Bj), på vilka den yttersta lindan (15) är lindad, lämnas kvar i fibermaterialet vid dess anbringande i formverk- tyget (16, 17) och utnyttjas för att hålla den yttersta lindan sträckt i formverktyget under hartsets härdning.