DE10005699A1

DE10005699A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff und danach hergestellte Bogenstange

Info

Publication number: DE10005699A1
Application number: DE2000105699
Authority: DE
Inventors: Gunter Siebdrath; Eberhard Koehler; Petra Schulz
Original assignee: INST KONSTRUKTION und VERBUNDB
Current assignee: INST KONSTRUKTION und VERBUNDB
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2001-08-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente und eine danach hergestellte Bogenstange. DOLLAR A Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente sowie eine entsprechend hergestellte Bogenstange zu schaffen, wodurch eine hochproduktive und damit kostenminimierte Fertigung mit außerordentlich hoher Wiederholgenauigkeit und Qualität ermöglicht wird. DOLLAR A Verfahrensgemäß wird zunächst ein Fasergranulat erzeugt, bestehend aus vorzugsweise 40 Masse-% Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 10-40 mm und einem thermoplastischen Matrixmaterial, dem ein Treibmittel zugemengt sein kann, wobei die Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Matrixmaterial imprägniert und schubfest verbunden werden. Anschließend erfolgt eine Erwärmung bis über die Schmelztemperatur des Matrixmaterials und Homogenisierung des Fasergranulats in einer Plastiziereinheit z. B. einer Spritzgießmaschine. Nun erfolgt das Einspritzen des Fasergranulats im plastifizierten Zustand in die Kavität des geschlossenen Formwerkzeugs z. B. der Spritzgießmaschine, wobei während des Einspritzvorgangs das geschlossene Formwerkzeug zwecks Fließrichtungs-Orientierung der Verstärkungsfasern vorzugsweise einer gerichteten Vibration unterworfen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bogenstange aus faserver stärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente und eine da nach hergestellte Bogenstange.

Bogenstangen zur Komplettierung und Verwendung als Bögen für Saitenmusikinstru mente, wie Violine, Cello, Baß, werden konventionell aus hochwertigen und aufwendig vorbehandelten tropischen Hölzern hergestellt. Insbesondere wegen der hohen Kosten und der zunehmend kritischen Beschaffbarkeit, der zeitaufwendigen Herstelltechnologie und der mangelhaften Wiederholgenauigkeit ist es seit einiger Zeit bekannt, die Bogen stangen aus faserverstärkten Kunststoffwerkstoffen herzustellen. So ist es aus WO 84/02 792 bekannt, in eine zweiteilige Form der Länge der Bogenstange angepaßte Kohlenstoff-Fasern und einen zentralen Kern in Kunstharz einzubetten, die Form zu hei zen bzw. zu kühlen und die zwei Teile der Stange durch Kaltkleben unter Druck mit Überzugsharz zu verbinden.

Aus DE 40 14 894 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem nach Wahl der Form und Auftragen einer Antihaftschicht Verstärkungsfasern mit Kunstharz imprägniert und - ggf. neben der Einlage von gewichtsmindernden Teilen - im Inneren der beiden Teile einer Form und parallel zur Längsachse ausgelegt und ausgerichtet werden. Nach Formschluß unter Druck schließt sich eine Wartezeit für die Harzkatalyse bzw. Aushärtung an, dem weitere Nacharbeiten folgen.

Des weiteren ist es aus WO 98/01 846 bekannt, bei einem Verfahren zur Herstellung von Bogenstangen um einen länglichen Kern aus Leichtmaterial zumindest zwei Lagen von faserverstärktem Kunststoffmaterial herumzulegen, wobei vor der Aushärtung dieses Kunststoffmaterials um das kopfseitige Ende der eigentlichen Stange zur Bildung des Kopfes zumindest eine Lage aus faserverstärktem Kunststoffmaterial herumgelegt wird. Anschließend erfolgt das gemeinsame Aushärten des Kunststoffmaterials von Stange einschließlich des Kopfes.

Schließlich ist es aus EP 0 933 756 bekannt, hohle Bogenstangen aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen, indem ein Fasermaterial sowie aushärtbarer Kunststoff in eine Form über einen hohlen und/oder entfernbaren Kern eingebracht werden und danach das gebildete faserverstärkte Kunststoffmaterial in der Form unter Aufbringung eines Innendrucks im bzw. durch den Kern ausgehärtet wird.

Vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren zur Herstellung von Bogenstangen aus faserverstärktem Kunststoff ist gemeinsam, daß sie einen erheblichen technologischen Aufwand erfordern. Demgemäß sind die danach hergestellten Bogenstangen ver gleichsweise teuer und von unterschiedlicher, teilweise nicht befriedigender Qualität. Die Ursache liegt vor allem in der aufwendigen Fertigungsweise mit einem hohen manuellen Anteil. Nachteilig ist des weiteren die Verwendung von duroplastischem Kunststoff- Matrixwerkstoff. Dieser erfordert eine zeitintensive und nur eingeschränkt automatisier bare Fertigungsweise. Der Werkstoff besitzt geringere, allerdings für Saitenmusikinstru mente wichtige Dämpfungseigenschaften. Außerdem ist der Werkstoff nicht recyclefähig.

In Anbetracht der Nachteile des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Bogenstan ge aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente sowie eine entsprechend hergestellte Bogenstange zu schaffen, wodurch eine hochproduktive und damit kosten minimierte Fertigung mit außerordentlich hoher Wiederholgenauigkeit und Qualität er möglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren durch folgende Schritte ge löst:

a) Erzeugung eines Fasergranulats, bestehend aus vorzugsweise 40 Masse% Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 10-40 mm und einem ther moplastischen Matrixmaterial, dem ein Treibmittel zugemengt sein kann, wobei die Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Matrixmaterial imprägniert und schubfest verbunden werden,
b) Erwärmung bis über die Schmelztemperatur des Matrixmaterials und Ho mogenisierung des Fasergranulats in einer Plastiziereinheit z. B. einer Spritzgießmaschine,
c) Einspritzen des Fasergranulats im plastifizierten Zustand über einen An gußkanal in die Kavität der beiden Teile des geschlossenen Formwerk zeugs z. B. der Spritzgießmaschine, wobei während des Einspritzvorgangs das geschlossene Formwerkzeug zwecks Fließrichtungs-Orientierung der Verstärkungsfasern vorzugsweise einer gerichteten Vibration unterworfen wird und
d) gezielte Temperaturführung des Formwerkzeugs zwecks Erzeugung einer über die Bogenlänge uneinheitlichen integralen Schaumstruktur mit massi ver Außenhaut und zelligem Kern zur Erzielung einer vorgegebenen Ge samtmasse und Schwerpunktlage der Bogenstange.

Weiter erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung durch folgende Merk male gelöst, wobei die Vorrichtung beispielsweise ein Spritzgießmaschine ist:

a) die Plastiziereinheit enthält eine Langkompressionsschnecke mit geringer Friktion für die faserschonende Erwärmung, Plastifizierung und Homogeni sierung des thermoplastischen Fasergranulats,
b) der Querschnitt des Angußkanals ist unüblich groß,
c) im Formwerkzeug ist eine Beruhigungsstrecke vorgesehen,
d) beide Teile des Formwerkzeugs sind über bewegliche Elemente an den Aufnahmeplatten z. B. der Spritzgießmaschine befestigt,
e) e am Formwerkzeug sind quer zu dessen Öffnungsbewegungsrichtung Schwingungserzeuger angeordnet.

Hinsichtlich der Bogenstange wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sie aus einem Koh lenstoff-Faser-verstärktem thermoplastischen Matrixmaterial besteht, wobei der Anteil der Verstärkungsfasern vorzugsweise 40 Masse% und die Faserlänge zwischen 10 und 40 mm beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen nunmehr eine hoch produktive und kostenminimierte Herstellung von Bogenstangen aus faserverstärktem Kunststoff mit einer hohen Wiederholgenauigkeit und in hochwertiger Qualität. Die An wendung und erfindungsgemäße Gestaltung des Spritzgießverfahrens erlaubt für die Herstellung von Werkstücken der vorliegenden Wanddicke Zykluszeiten von ca. einer Minute. Die zu erzeugende Bogenstange entspricht vom erforderlichen Schußvolumen her einem kleinen Werkstück. Demgemäß ist die Fertigung vorteilhafterweise auf Spritz gießmaschinen durchzuführen, die eine Spritzeinheit aufweisen, mit der in die Trennebe ne des Formwerkzeuges gespritzt werden kann. Wegen des kleinen Schußvolumens sind kleine, schnell arbeitende Maschinen einsetzbar.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von thermoplastischem Matrixmaterial in Verbindung mit quasilangen Verstärkungsfasern und einem beigemengten Treibmittel erwiesen. Dabei ist durch Auferlegung von Schwingungen und gezielte Fließbedingun gen eine unidirektionale Orientierung der Verstärkungsfasern im Fertigungsverlauf er reichbar, wodurch Bogenstangen hoher Elastizität und Steife mit exakt und individuell vorbestimmbaren Parametern erzeugt werden können. Mit der Treibmittelzugabe in Ver bindung mit vorab eingestelltem Temperaturgradient des Werkzeugs kann die notwendi ge Gesamtmasse und die erforderliche Schwerpunktlage der Bogenstange auf effektive Weise eingestellt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zwecks Erzielung einer besonders hohen Steife als Verstärkungsfasern Kohlenstoff-Fasern gewählt. Zwecks Herstellung von Bogenstangen unterschiedlicher Steifigkeit sind die Verstär kungsfasern des Fasergranulats gleich oder unterschiedlich lang und bestehen aus glei chen oder unterschiedlichen Faserarten bei gleichen oder unterschiedlichen Faserge halten. Des weiteren ist die Dichte des Materials der Bogenstange über deren Länge uneinheitlich.

Fertigungstechnisch ist es besonders zweckmäßig, daß der Querschnitt des Angußka nals unüblich groß ist.

Die Vibrationsbeeinflussung des geschlossenen Formwerkzeugs ist vorteilhafterweise derart gestaltet, daß im Angußbereich stärkere Vibrationen erzeugt werden, während die Vibrationsintensität zum Ende des Fließwegs hin verringert wird. Wahlweise erfolgt die Vibrationsbeeinflussung des geschlossenen Formwerkzeugs nur über der Zeit des Ein spritzvorgangs oder über die Zeit bis zum Abschluß des Aushärtevorgangs.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante zur Herstellung einer vorgekrümmten Bogen stange wird das geschlossene Formwerkzeug insgesamt einer elastischen Verformung quer zur Längsrichtung der herzustellenden Bogenstange und entgegengesetzt zur Zug wirkung der (später vorzusehenden) Bespannung unterworfen. In einer anderen zweck mäßigen Variante wird die hergestellte Bogenstange nach ihrer Entnahme aus dem Formwerkzeug im warmen Zustand in einer Erkaltungslehre während der Erkaltungs phase nachträglich quer zu ihrer Längsrichtung und entgegengesetzt zur Zugwirkung der (später vorzusehenden) Bespannung verspannt.

Statt einer Temperaturführung des Formwerkzeugs kann zweckmäßig aus Kostengrün den eine Nachtemperung der hergestellten Bogenstange außerhalb des Formwerkzeugs erfolgen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind beide Teile des Formwerkzeugs über die beweglichen Elemente der Spritzgießmaschine von je einer Halterung aufgenommen, die an den Aufnahmeplatten befestigt sind, wobei in der Halte rung am Formwerkzeug in Parallelebenen zur Teilungsebene des Formwerkzeugs anlie gende feststellbare Verstellschrauben sitzen zwecks elastischer Verformung des Form werkzeugs quer zur Längsrichtung der herzustellenden Bogenstange und entgegenge setzt zur Zugwirkung der (später vorzusehenden) Bespannung.

Insbesondere die Anordnung/Gestaltung von beweglichen Elementen verhindert die Einleitung von Vibrationen der Schwingungserzeuger auf die Maschine, d. h. die er zeugten Schwingungen wirken zielgerichtet nur im Formwerkzeug. Dabei ist es zweck mäßig, daß die beweglichen Elemente Elastomerplatten sind, wobei besonders vorteil haft die Elastomerplatten aus Polyurethanelastomer mit einer Shore A-Härte 80-85 be stehen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bogenstange aus faserverstärk tem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente besteht deren Matrixmaterial aus Polyamid.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Dichte des Stangenmaterials über der Länge der Bogenstange auf definierte Weise uneinheitlich zu gestalten, um Masse, Schwer punktlage und Dämpfung der Bogenstange variieren zu können.

Aus Gründen hoher Steife und Elastizität sind die Verstärkungsfasern in unidirektional gerichteter Form im Material der Bogenstange eingebaut. Vorteilhaft enthält die erzeugte Bogenstange weiterhin eine integrale Schaumstruktur mit massiver Außenhaut und ei nem zelligen Kern.

Im speziellen Anwendungsfall einer Violinbogenstange 4/4 Takt beträgt die Gesamtmas se 38 +/- 1 g.

Weiter ist es zweckmäßig, daß die Bogenstange eine Vorspannung quer zur Längsrich tung und entgegengesetzt zur Zugwirkung der (später vorzusehenden) Bespannung) be sitzt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zu gehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 den Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Im Ausführungsbeispiel wird zunächst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Bogenstangen aus Kohlenstoff-faserverstärktem Kunststoff am Beispiel einer Spritzgießmaschine beschrieben und dargestellt (Fig. 1 und 2). Anhand deren Wir kungsweise wird anschließend das erfindungsgemäße Verfahren beispielsgemäß erläu tert.

Die Spritzgießmaschine enthält eine beheizbare und axial verschiebbare Plastiziereinheit 1 mit einer kolbenartig axial verschiebbaren friktionsarmen Langkompressionsschnecke 2. Das vordere Ende der Plastiziereinheit 1 besitzt eine Austrittsdüse 3. Der Plasti ziereinheit 1 ist des weiteren ein Materialtrichter 4 für die Aufnahme eines vorab herge stellten Fasergranulats 5 zugeordnet.

Ein zweiteiliges Formwerkzeug 6, 7 ist in der Spritzgießmaschine so angeordnet, daß bei Axialverschiebung der Plastiziereinheit 1 deren Austrittsdüse 3 auf einen Angußkanal 8 des (geschlossenen) Formwerkzeugs 6, 7 trifft. Die Schließ- bzw Öffnungsbewegung des Formwerkzeugs 6, 7 quer zur Bewegungsrichtung der axial verschiebbaren Plasti ziereinheit 1 erfolgt durch die Wirkung eines nicht dargestellten Arbeitszylinders, so daß das Formwerkzeug 6, 7 für den Einspritz- und Aushärtevorgang geschlossen und zwecks Werkstückentnahme geöffnet werden kann.

Beide Teile des Formwerkzeugs 6, 7 enthalten eine Innenkontur, deren Kavität 9 der Außenkontur einer herzustellenden Bogenstange 10 entspricht. Insbesondere enthält die Innenkontur auch den der Bogenstange 10 zugeordneten Kopf mit einer Vertiefung zur späteren Aufnahme des oberen Halters für die Bespannung, sowie Form- bzw. Kernele mente für eine im unteren Endbereich der Bogenstange 10 angeordnete Nut und eine zentrale Bohrung (sämtlich nicht gezeichnet) für die spätere Aufnahme eines Frosches mit Spanneinrichtung der Bespannung sowie ggf. eines Handgriffs. Die Teilungsfuge (Teilungsebene) des Formwerkzeugs 6, 7 ist dabei so gewählt, daß eine Teilung der Form der herzustellenden Bogenstange 10 in deren Symmetrieebene in Axialrichtung erfolgt.

Dem kopfseitigen Ende der Kavität 9 des Formwerkzeugs 6, 7 schließt sich eine Beruhi gungsstrecke 11 sowie der Angußkanal 8 an, der einen unüblich großen Querschnitt aufweist.

Das Formwerkzeug 6, 7 ist mit Heiz- und Kühleinrichtungen (nicht gezeichnet) versehen, um eine gezielte Temperaturführung des Formwerkzeugs 6, 7 während des Abkühlvor gangs zu ermöglichen.

Beide Teile des Formwerkzeugs 6, 7 sind je über als bewegliche Elemente dienende Platten 12 aus Polyurethanelastomer mit einer Shore A-Härte 80-85 an U-förmigen Halterungen 13 in in einer Parallelebene zur Teilungsfuge des Formwerkzeugs 6, 7 ver laufenden Querebenen beweglich angeordnet, wobei die Halterungen 13 an den Auf nahmeplatten 14 der Spritzgießmaschine befestigt sind. Von den Halterungen 13 sind Schwingungserzeuger 15 aufgenommen, die an einer Seitenfläche des Formwerkzeugs 6, 7 unter einer bestimmten Vorspannung anliegen. Des weiteren sind in den Halterun gen 13 durch Kontermuttern feststellbare Verstellschrauben 16 eingeschraubt, die mit ihren Enden an den Seitenflächen der Teile des Formwerkzeugs 6, 7 anliegen und bei entsprechender Verstellung eine elastische Verformung jedes Teils des Formwerkzeugs 6, 7 quer zur Längsrichtung der herzustellenden Bogenstange 10 und entgegengesetzt zur Zugrichtung der später vorzusehenden Bespannung bewirken. Diese Verformung erfolgt in Parallelebenen zur Teilungsebene des Formwerkzeugs 6, 7, entsprechend der gewünschten Krümmung der herzustellenden Bogenstange 10.

Die Verfahrensweise ist wie folgt:

Zunächst wird - außerhalb der Spritzgießmaschine - ein Fasergranulat 5 hergestellt. Dieses besteht aus einem thermoplastischen Matrixmaterial, im Beispiel Polyamid, und aus einem Anteil von vorzugsweise 40 Masse% Kohlenstoff-Fasern mit einer Faserlänge von 10-40 mm. Dabei werden die Kohlenstoff-Fasern mit dem Matrixmaterial imprä gniert und schubfest verbunden. Weiterhin wird ein Treibmittel zugemengt, um u. a. die Gesamtmasse der herzustellenden Bogenstange 10 exakt einstellen zu können. Für eine Bogenstange 10 für Violinen 4/4 Takt beträgt diese 38 +/- 1 g.

Anschließend wird dieses Fasergranulat 5 über den Materialtrichter 4 in die Plasti ziereinheit 1 der Spritzgießmaschine eingeleitet. Dort wird das Fasergranulat 5 auf faser schonende Weise erwärmt, plastifiziert und homogenisiert und in dieser Form in einem Reservoir vor der als Spritzkolben wirksamen Langkompressionsschnecke 2, d. h. vor der Austrittsdüse 3 bereitgestellt.

Zwecks anschließendem Einspritzens des plastifizierten Kohlenstoff-Faser-Thermo plastgemisches 5 in das Formwerkzeug 6, 7 wird nun die Austrittsdüse 3 der Plasti ziereinheit 1 durch deren Axialverschiebung zur Anlage an den Angußkanal 8 des (ge schlossenen) Formwerkzeugs 6, 7 gebracht (nicht dargestellt) und es wird das im Inne ren der Plastiziereinheit 1 befindliche plastifizierte Gemisch unter hohem Druck in die Kavität 9 des Formwerkzeugs 6, 7 eingespritzt. Gleichzeitig werden während des Ein spritzvorgangs vom Schwingungserzeuger 15 Vibrationen erzeugt und unmittelbar auf das Formwerkzeug 6, 7 übertragen, wobei die beweglichen Elemente (Platten 12) die Übertragung von Schwingungen auf die Maschine verhindern. Dabei werden - bedingt durch die konkrete Anordnung der Schwingungserzeuger 15 bezüglich des Formwerk zeugs 6, 7 - im Angußbereich stärkere Vibrationen erzeugt, während die Vibrationsinten sität zum Ende des Fließweges verringert ist. Durch die Wirkung der Schwingungen werden vorwiegend beim Durchfluß des Kohlenstoff-Faser-Thermoplastgemisches durch die Beruhigungsstrecke 11 im Formwerkzeug 6, 7 die eingelagerten Verstärkungsfasern in Fließrichtung orientiert, was durch die geometrische Beschaffenheit der herzustellen den Bogenstange 10 begünstigt wird. Dabei werden Verstärkungsfasern, die bereits in Fließrichtung orientiert sind, durch die Vibrationen nicht beeinflußt. Im Gemisch 5 befind liche gekrümmte Verstärkungsfasern dagegen werden in Schwingungen versetzt, wo durch die ohnehin in einer Zwangslage befindlichen Fasern geradlinig orientiert werden. Dadurch ist ein unidirektionaler Einbau der Kohlenstoff-Fasern in das Stangenmaterial zwecks Erzielung des erforderlichen Elastizitätsmoduls erreichbar.

Nach Abschluß des Einspritzvorgangs erfolgt eine gezielte Temperaturführung des Formwerkzeugs 6, 7. Dabei wird bereichsweise die Werkzeugtemperatur hoch einge stellt, um während des Abkühlvorgangs im Polyamidwerkstoff durch die Wirkung des beigemengten Treibmittels zellige Bereiche zu bilden. In den verbleibenden Bereichen ist die Werkzeugtemperatur niedrig einzustellen, um in den Randzonen eine erwünschte Treibmittelkondensation herbeizuführen. Durch diese Maßnahmen ist eine exakte Ein stellung der Gesamtmasse der Bogenstange 10 sowie der erforderlichen Schwerpunkt lage möglich.

Die Erfindung ist nicht durch Einzelheiten des vorstehenden Ausführungsbeispiels be schränkt. So ist der Einsatz unterschiedlicher Faserarten unterschiedlicher Fasergehalte und unterschiedlicher Längen möglich, um Bogenstangen 10 mit unterschiedlichen, indi viduell gewünschten Steifigkeiten zu erzeugen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann auch bei Erfordernis die Vibrationsbeeinflussung des geschlossenen Formwerk zeugs 6, 7 über die gesamte Zeit bis zum Abschluß des Aushärtevorgangs erfolgen. Weiterhin kann auch die Vorspannung der herzustellenden Bogenstange 10 nach ihrer Entnahme aus dem Formwerkzeug 6, 7 im warmen Zustand während der Erkaltungs phase in einer entsprechend verformten Erkaltungslehre (nicht dargestellt) erzeugt wer den. Statt der Temperaturführung des Formwerkzeugs 6, 7 kann weiterhin eine Nachtemperung der hergestellten Bogenstange 10 außerhalb des Formwerkzeugs 6, 7 erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Plastiziereinheit

2

Langkompressionsschnecke

3

Austrittsdüse

4

Materialtrichter

5

Fasergranulat

6

Formwerkzeug

7

Formwerkzeug

8

Angußkanal

9

Kavität

10

Bogenstange

11

Beruhigungsstrecke

12

Platte

13

Halterung

14

Aufnahmeplatte

15

Schwingungserzeuger

16

Verstellschraube

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erzeugung eines Fasergranulats (5), bestehend aus vorzugsweise 40 Mas se% Verstärkungsfasern mit einer Faserlänge von 10-40 mm und einem thermoplastischen Matrixmaterial, dem ein Treibmittel zugemengt sein kann, wobei die Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Matrixma terial imprägniert und schubfest verbunden werden,
b) Erwärmung bis über die Schmelztemperatur des Matrixmaterials und Ho mogenisierung des Fasergranulats (5) in einer Plastiziereinheit (1) z. B. ei ner Spritzgießmaschine,
c) Einspritzen des Fasergranulats (5) im plastifizierten Zustand über einen Angußkanal (8) in die Kavität (9) der beiden Teile des geschlossenen Formwerkzeugs (6; 7) z. B. der Spritzgießmaschine, wobei während des Einspritzvorgangs das geschlossene Formwerkzeug (6; 7) zwecks Fließ richtungs-Orientierung der Verstärkungsfasern vorzugsweise einer gerich teten Vibration unterworfen wird und
d) gezielte Temperaturführung des Formwerkzeugs (6; 7) zwecks Erzeugung einer über die Bogenlänge uneinheitlichen integralen Schaumstruktur mit massiver Außenhaut und zelligem Kern zur Erzielung einer vorgegebenen Gesamtmasse und Schwerpunktlage der Bogenstange (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfa sern Kohlenstoff-Fasern sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfa sern des Fasergranulats (5) gleich oder unterschiedlich lang sind und aus gleichen oder unterschiedlichen Faserarten bei gleichen oder unterschiedlichen Fa sergehalten bestehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine uneinheitliche Dichte des Materials der Bogenstange (10) über deren Länge.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Angußkanals (8) unüblich groß ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbeein flussung des geschlossenen Formwerkzeugs (6; 7) derart gestaltet ist, daß im Angußbereich stärkere Vibrationen erzeugt werden, während die Vibrationsinten sität zum Ende des Fließwegs hin verringert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrations beeinflussung des geschlossenen Formwerkzeugs (6; 7) nur über der Zeit des Einspritzvorgangs erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrations beeinflussung des geschlossenen Formwerkzeugs (6; 7) über die Zeit bis zum Abschluß des Aushärtevorgangs erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenstange (10) unter Vorspannung hergestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlosse ne Formwerkzeug (6; 7) insgesamt einer elastischen Verformung quer zur Längs richtung der herzustellenden Bogenstange (10) und entgegengesetzt zur Zugwir kung der (später vorzusehenden) Bespannung unterworfen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellte Bogenstange (10) nach ihrer Entnahme aus dem Formwerkzeug (6; 7) im warmen Zustand in einer Erkaltungslehre während der Erkaltungsphase nachträglich quer zu ihrer Längsrichtung und entgegengesetzt zur Zugwirkung der (später vorzuse henden) Bespannung verspannt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt einer Temperatur führung des Formwerkzeugs (6; 7) eine Nachtemperung der hergestellten Bogen stange (10) außerhalb des Formwerkzeugs (6; 7) erfolgt.

13. Vorrichtung zur Herstellung einer Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Plastiziereinheit (1) enthält eine Langkompressionsschnecke (2) mit ge ringer Friktion für die faserschonende Erwärmung, Plastizierung und Ho mogenisierung des thermoplastischen Fasergranulats (5),
b) der Querschnitt des Angußkanals (8) ist unüblich groß,
c) im Formwerkzeug (6; 7) ist eine Beruhigungsstrecke (11) vorgesehen,
d) beide Teile des Formwerkzeugs (6; 7) sind über bewegliche Elemente an den Aufnahmeplatten (14) z. B. der Spritzgießmaschine befestigt,
e) am Formwerkzeug (6; 7) sind quer zu dessen Öffnungsbewegungsrichtung Schwingungserzeuger (15) angeordnet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile des Formwerkzeugs (6; 7) über die beweglichen Elemente von je einer Halterung (13) aufgenommen sind, die an den Aufnahmeplatten (14) befestigt sind, wobei in der Halterung (13) am Formwerkzeug (6; 7) in Parallelebenen zur Teilungsebene des Formwerkzeugs (6; 7) anliegende feststellbare Verstellschrauben (16) sitzen zwecks elastischer Verformung des Formwerkzeugs (6; 7) quer zur Längsrichtung der herzustellenden Bogenstange (10) und entgegengesetzt zur Zugwirkung der (später vorzusehenden) Bespannung.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Elemente Elastomerplatten (12) sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elasto merplatten (12) aus Polyurethanelastomer mit einer Shore A-Härte 80-85 beste hen.

17. Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, da durch gekennzeichnet, daß sie nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.

18. Bogenstange aus faserverstärktem Kunststoff für Saitenmusikinstrumente, da durch gekennzeichnet, daß sie aus einem Kohlenstoff-Faser-verstärktem ther moplastischen Matrixmaterial besteht, wobei der Anteil der Verstärkungsfasern mindestens 40 Masse% und die Faserlänge zwischen 10 und 40 mm beträgt.

19. Bogenstange nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma trixmaterial aus Polyamid besteht.

20. Bogenstange nach Anspruch 17 bis 19, gekennzeichnet durch eine uneinheitliche Dichte des Stangenmaterials über der Länge der Bogenstange (10).

21. Bogenstange nach Anspruch 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver stärkungsfasern in unidirektional gerichteter Form im Material der Bogenstange (10) eingebaut sind.

22. Bogenstange nach Anspruch 17 bis 21, gekennzeichnet durch eine integrale Schaumstruktur mit massiver Außenhaut und einem zelligen Kern.

23. Bogenstange nach Anspruch 17 bis 22, insbesondere Violinbogenstange 4/4 Takt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmasse 38 +/- 1 g beträgt.

24. Bogenstange nach Anspruch 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorspannung quer zur Längsrichtung und entgegengesetzt zur Zugwirkung der (später vorzusehenden) Bespannung besitzt.