DE2146783C3 - Verfahren zur Herstellung eines kraftübertragenden Bauteiles und Formkörper zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines kraftübertragenden Bauteiles und Formkörper zur Durchführung des VerfahrensInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/02—Shafts; Axles
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- F16D3/725—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts with an intermediate member made of fibre-reinforced resin
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles zur Beanspruchung auf
Zug und/oder Druck in Längsrichtung und/oder Toriion mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem
faserverstärkten, insbesondere kohlenstoffaserverstärkten Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser
besteht, und Anschlußarmaturen an beiden Enden.
Es sind Bauteile zur Übertragung von großen Zug- und Druckkräften bekannt, wie z. B. Stützen, Wellen
usw., die aus Metall hergestellt werden. Sie haben eine hohe Lebensdauer, aber den Nachteil eines hohen
Gewichtes, das bei bewegten Teilen in den Lagern wegen der großen Lagerkräfte zu starkem Verschleiß
führt und damit den Vorteil der eigenen hohen Lebensdauer teilweise wieder zunichte macht. Hinzu
kommen die durch das Material und das Herstellverfahren bedingten erheblichen Fertigungskosten. Außerdem
sind solche Teile in bestimmten Bereichen der Technik, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik,
wegen der dort besonders starken Forderung nach geringstmöglichem Gewicht bei höchstmöglicher
Belastbarkeit oft überhaupt nicht verwendbar.
Man hat deshalb auch bereits vorgeschlagen, das Mittelteil solcher kraftübertragender Bauteile aus faserverstärktem
Kunststoff herzustellen, wobei jedoch entweder auf die Problematik der Befestigung von
Anschlußarmaturen an diesem Mittelteil überhaupt nicht eingegangen wurde (USA.-Patentschrift
2 573 361) oder aber diese Befestigung als Verbindung »auf Stoß« ausgeführt ist (deutsches Gebrauchsmuster
1 923 179). Bei dieser Art von Befestigung ist jedoch die Verbindung zwischen Mittelstück und
Endarmatur nur schwach, so daß die Lebensdauer des Gesamtbauteiles beeinträchtigt wird. Es ergab sich
dann zwar ein leichtes Bauteil, das aber nur mehr eine
geringe Lebensdauer mit teilweise sogar verminderter Tragkraft oder Sicherheit aufwies.
Zum Verbinden von faserverstärkten Kunststoffrohren mit Endarmaturen wurden Lösungen bekannt,
die jedoch entweder völlig ungeeignet zur Kraftübertragung in Längs- und/oder Drehrichtung sind
ίο (USA.-Patentschrift 3 030253 und nur reinen Zusammenfügungs-
oder Abdichtzwecken dienen, oder die zu außerordentlich komplizierten und aufwendigen
Anschlußvorrichtungen führen (USA.-Patentschrift 3 584473).
Es wurde weiterhin eine Anschlußvorrichtung für die Verbindung von Anschlußarmaturen mit einen
biegsamen, Torsionskräfte übertragenden Schaft be ■ kannt (USA.-Patentschrift 979985), bei der da*
Schaftende zwischen zwei konisch sich verengender, ao Teilen der Anschlußarmatur verspannt wird. Diese
Art von Armaturenbefestigung setzt jedoch für den Verspannvorgang eine Biegsamkeit des an seinen Enden
zu verspannenden Mittelteiles voraus, die bei fa serverstärktem Kunststoff nach dem Aushärten nicht
mehr gegeben ist.
Die vorliegende Erfindung setzt sich nun die Auf gäbe, ein Verfahren zu entwickeln zur Herstellung von
faserverstärkten Bauteilen zur Beanspruchung auf Zug und/oder Druck in Längsrichtung und/oder Torsion
mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlenstoffaserverstärkten
Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser und Anschlußarmaturen an beiden Enden
besteht, wobei die nach diesem Verfahren hergestellten Bauteile geeignet sind zur Übertragung großer
Kräfte der genannten Art bei gleichzeitig niedrigem Gesamtgewicht, geringem baulichen Aufwand und
hoher Lebensdauer.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verstärkungsfaser des Mittelteiles nach
dein Durchlaufen eines Kunststoffbades beim Aufwickeln auf einen zwischen den Anschlußarmaturen
befindlichen Formkörper über die sich zum Bauteiläußeren radial verengenden Innenteile der Anschlußarmaturen
hinweggewickelt wird.
Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Bauteil weist alle oben angeführten Vorteile
auf, denn das rohrförmige Mittelstück ist auf Grund seiner Festigkeitseigenschaften zur Übertragung hoher
Kräfte geeignet, auf Grund seiner Materialzusammensetzung hat es ein relativ geringes Gewicht und
infolge der Verbindung zwischen Mittelstück und Anschlußarmatur hat diese Verbindung eine hohe Lebensdauer.
Außerdem ist aber ein solches Bauteil auch mit geringem Aufwand herstellbar.
Das etfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine
sehr wirtschaftliche Herstellung des Bauteiles in einem Arbeitsgang, wenn man von der einfachen Herstellung
der Einzelteile der Endarmaturen absieht, und gewährleistet vor allem eine sehr tragfähige, weil
klebende Verbindung zwischen dem Mittelstück und den Endarmaturen, was zu der gewünschten hohen
Lebensdauer wesentlich beiträgt.
Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Herste!- lungsverfahren, bei denen stets zuerst das Mittelteil
hergestellt werden mußte und erst hiernach an dessen Enden Armaturen befestigt werden konnten, werden
bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
für das kraftübertragende Bauteil die Verstärkungsfasern
endlos bis über die sich zum Bauteiläußeren radial verengenden Innenteile der Anschlußarmaturen
hinweg gewickelt, wodurch sich nach der· Aushärten
des Kunststoffes neben einem Klebe- auch noch ein Formschluß mit der Armatur ergibt.
In weiterer Ausgestaltung de· Erfindung wird der
Außenteil jeder Anschlußarmatur vor dem Erhärten des Kunststoffes auf die Innenarmatur aufgeschoben,
so daß sich der erhärtende Kunststoff sowohl mit dem Innenteil als auch mit dem Außenteil der Armatur
verbindet. Hierdurch wird die Verbindung zwischen rohrförmigem Mittelstück und den Anschlußarmaturen
noch durch eine zusätzliche nietverbindung mit dem Außenteil der Armaturen verstärkt, was eine
weitere Erhöhung der übertragbaren Kräfte ergibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Formkörper aus Kunst- oder Schaumstoff geringen
Gewichtes. Durch einen solchen verlorenen Innenkern geringen Gewichtes wird das Gesamtgewicht
des Bauteiles nur unwesentlich beeinflußt, bei Druckbeanspruchung jedoch ein Einknicken der inneren
Fadenlagen vermieden, ohne daß der Kern selbst zur Kraftaufnahme mit herangezogen wird. Gleichzeitig
erhöht sich die Biegesteifigkeit des gesamten Bauteiles.
Das eine Ende eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteiles ist in der Zeichnung
schematisch und im Schnitt dargestellt. Bauteil und Verfahren in seinen erfindungswesentlichen Schritten
sind nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 das rohrförmige Mittelstück bezeichnet, während die an jedem Ende vorgesehene
Anschlußarmatur in ihren einzelnen Teilen mit 2, 3 und 4 bezeichnet ist. Dabei ist 3 das Innenteil,
2 das Außenteil und 4 die Klemm-Mutter. Der aus Schaumstoff gefertigte Stützkörper ist mit 5, eine der
Fasern ist mit 6 bezeichnet.
Die Herstellung des Bauteiles geschieht in der Weise, daß die Innenteüe 3 der Anschlußarmaturen
mit dem aus porösem Material bestehenden Stützkörper 5 zusammen in die Wickelmaschine eingespannt
und ausgerichtet werden. Sodann wird die in einem Kunststoffbad mit nicht ausgehärtetem Kunststoff
überzogene Verstärkungsfaser, insbesondere Koh-
lenstoff-, aber auch Bor- oder Glasfaser, über den Stützkörper 5 und die schalenförmigen Auflageflächen
des Innenteiles 3 gewickelt, und zwar beginnend am inneren Teil der schalenfönnigen Außenkontur
des Innenteiles an einem Ende und fortgesetzt über
1S den aus porösem Material bestehenden Srützkörper
bis zum inneren Ende der schalenförmigen Außenkontur des Innenteiles am anderen Ende des Bauteiles.
Dieser Wickelvorgang wird nun so lange fortgesetzt, bis das Mittelstück die gewünschte Wandstärke
ao erreicht hat. Danach werden die Außenkörper 2 über
dir Innenteile 3 geschoben und durch die Ringmuiter
4 gegen die rchalenförmige Außenkontur der Innenteile
3 verspannt, so daß die eingezogenen Enden des Mittelstückes 1 dazwischen fest eingeklemmt
J5 wind. Anschließend wird das gesamte Bauteil ausgehärtet,
wobei zwischen dem Außenteil und dem rohrförmigen Mittelstück ebenso wie zwischen Mittelstück
und Innenteil eine sehr enge und tragfähige Klebverbindung entsteht.
Bei den Verstärkungsfasern, wie sie bei der Erfindung verwendet werden, handelt es sich um Fasern
aus einem Werkstoff, der auch bei geringem Querschnitt hohe Festigkeit hat. Insbesondere werden
mehrere sehr dünne Fäden parallel zu einem Dündel
zusammengefaßt sein, oder es können die Fäden in geeigneter Weise geflochten sein. Es kann sich um
Fäden aus Kohlenstoff, Glas, Bor od. dgl. handeln.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles zur Beanspruchung auf Zug und/oder Druck in
Längsrichtung und/oder Torsion mit einem rohrförmigen Mittelteil, der aus einem faserverstärkten,
insbesondere kohlenstoffaserverstärkten Verbundkunststoff mit gewickelter Verstärkungsfaser besteht, und Anschlußarmaturen an beiden
Enden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser (6) des Mittelteiles nach dem
Durchlaufen eines Kunststoffbades beim Aufwikkeln auf einen zwischen den Anschlußarmaturen
(2, 3) befindlichen Formkörper (5) über die sich zum Bauteiläußeren radial verengenden Innenteile
(S) der Anschlußarmaturen (2, 3) hinweggewickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (2) der Anschlußannatur
(2,3) vor dem Erhärten des Kunststoffes auf die Innenarmatur (3) aufgeschoben
wird, so daß sich der erhärtende Kunststoff sowohl mit den Innenteil (3) als auch mit dem Außenteil
(2) der Armatur verbindet.
3. Formkörper zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Formkörper (5) aus Kunst- oder Schaumstoff geringen Gewichtes besteht.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712146783 DE2146783C3 (de) | 1971-09-18 | 1971-09-18 | Verfahren zur Herstellung eines kraftübertragenden Bauteiles und Formkörper zur Durchführung des Verfahrens |
NL7212295A NL7212295A (de) | 1971-09-18 | 1972-09-11 | |
US00289643A US3850722A (en) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | Component for transmitting forces |
JP47093540A JPS4837539A (de) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | |
GB4318172A GB1405139A (en) | 1971-09-18 | 1972-09-18 | Method of manufacturing a component having a wound fibre tubular section |
FR7233043A FR2152289A5 (de) | 1971-09-18 | 1972-09-18 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712146783 DE2146783C3 (de) | 1971-09-18 | 1971-09-18 | Verfahren zur Herstellung eines kraftübertragenden Bauteiles und Formkörper zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2146783A1 DE2146783A1 (de) | 1973-04-12 |
DE2146783B2 DE2146783B2 (de) | 1973-08-02 |
DE2146783C3 true DE2146783C3 (de) | 1974-03-07 |
Family
ID=5820001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19712146783 Expired DE2146783C3 (de) | 1971-09-18 | 1971-09-18 | Verfahren zur Herstellung eines kraftübertragenden Bauteiles und Formkörper zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2146783C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2951629C2 (de) * | 1979-12-21 | 1985-03-14 | Felten & Guilleaume Energietechnik GmbH, 5000 Köln | Antriebswelle aus faserverstärktem Kunststoff, mit verlorenem Dorn und festgewickelten Endstücken |
AT380657B (de) * | 1984-05-21 | 1986-06-25 | Ims Kunststoff Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines krafteinleitungsteiles, und nach dem verfahren hergestellter krafteinleitungsteil |
-
1971
- 1971-09-18 DE DE19712146783 patent/DE2146783C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2146783A1 (de) | 1973-04-12 |
DE2146783B2 (de) | 1973-08-02 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NUERNBERG AG, 8000 |
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