DE2251411C2 - Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffkörpers mit Innengewinde - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die um die Hülse (21) gewickelten Fäden (22) entfernt werden, bevor die harzimprägnierten Glasfasern aufgewickelt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffkörpers mit Innengewinde, insbesondere einer Mutter für Spindeltriebe, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) auf einen mit einem Außengewinde versehenen Dorn werden Gewebestreifen gelegt, deren Breite größer ist als die Breite der Gewindeteile des Dornes,

b) diese Gewebestreifen werden unter Zug mit ersten Fasersträngen bewickelt, wobei die Gewebestreifen bis auf den Grund in die Gewindegänge hineingezogen werden,

g) sodann werden weitere, kunstharzgetränkte Faserstränge solange darübergewickelt, bis die gewünschte Wandstärke erreicht ist,

d) nach dem Härten des Kunstharzes wird der Gewindedorn aus dem Kunstharzkörper herausgedreht.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 11 33 534

bekannt Bei diesem bekannten Verfahren sind zwar Vorkehrungen getroffen, um das Gewebe in die Wurzeln der Gewindegänge einzuziehen, eine spielfrei arbeitende Mutter mit exakt gleichen Gewindegängen und günstigen Reibungseigenschaften bei niedrigem Verschleiß kann und soll aber dabei nicht hergestellt werden, weil es sich hier nur um Armaturen wie Fittings, nicht aber um ein Schraubengetriebe handelt

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, bei einem solchen Verfahren das Einziehen des Gewebes in die Gewindegänge des Domes zu verbessern und ein Muttergewinde mit geringer Reibung, guten Laufeigenschaften und geringem Verschleiß zu schaffen.

Zur Losung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 angeführten Merkmale. Der Anspruch 2 enthält eine zweckmäßige weitere Ausbildung dieses Verfahrens.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Muttern mit niedriger Reibung herstellen, weil sie an ihrer Lauffläche mit einem reibungsgünstigen Material ausgekleidet sind, eine gute Belastbarkeit aufweisen und in einem Arbeitsgang billig hergestellt werden können. Diese Müttern können untereinander gleichbleibend und in den verschiedensten Größen mit relativ hoher Herstellungsgeschwindigkeit erzeugt werden. Durch die Erfindung werden auch Schwierigkeiten hinsichtlich der Sicherstellung des Sitzes des Gewebes auf der Spindel beseitigt, und darüber hinaus erhalten die Gewindegänge des Innengewinnes eine angemessene Versteifung bzw. Verstärkung. Außerdem wird ein leichter und langlebiger Lauf der Muttern auf einer Spindel gewährleistet

In den Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teiles eines Spindeltriebes, dem vorzugsweisen Anwendungsfall einer nach dem Verfahren hergestellten Mutter;

F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht eines zweigängigen Gewindedomes, über welchem die Gewebehülse gezogen ist, wobei schematisch die Windung zweier hitzebeständiger, thermoplastischer Faserst» inge über dem Ge webe veranschaulicht ist, um das Gewebe an die zwei Gewindegänge des Domes anzupassen;

Fig.3 zeigt eine Teilschnittdarstellung des mit Gewinde ausgestatteten Doms, wobei die Gewebehülse über diesen gezogen ist und durch eine der zwei hitzebeständigen, thermoplastischen Faserstränge in den Raum zwischen benachbarten Gewindegängen des Domes eingedrückt ist;

F i g. 4 zeigt Teile des zweigängigen Gewindedornes, über welchen die Gewebehülse gezogen ist und wobei das anfängliche Auflegen der Glasfiberstränge gezeigt ist, die sich unter Spannung befinden und die Gewebehülse zwischen die Gewindegänge des Domes drücken;

Fig.5 zeigt eine Seitenansicht des Gewindedornes, wobei die Gewebehülse und die Glasfasern auf diesen aufgebracht sind und damit angefangen wird, die äußeren Schichten aus verstärkendem Glasfasermaterial aufzuwickeln;

F i g. 6 zeigt eine Teilansicht von F i g. 5, die die teilweise vervollständigte Wirkung aus Glasfasermaterial der äußeren Schichten erkennen läßt;

F i g. 7 zeigt eine Seitenansicht von einem Ende der vervollständigten Wicklung;

F i g. 8 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung des Gewindedornes, auf den die Gewebehülse und der äußere Körper aus mit Glasfasern verstärktem Harz aufgebracht wurde;

Fig.9 zeigt eine Darstellung ähnlich derjenigen

gemäß F i g, 8, wobei die hitzebeständigen, thermoplastischen Faserstränge, die zum Verformen der Gewebehülse verwendet werden, einen Teil der Spitze des Schraubengewindes der fertigen Mutter formen.

Der Gewindedorn 12 wird aus einem Stab aus rostfreiem Stahl hergestellt; er kann eine Länge von 031 bis 1,51 m aufweisen, was vom Durchmesser und von tip;· Grüße der Wickelmaschine abhängig ist Die Enden 13 werden so bearbeitet, daß sie in den Antriebskopf 14 und auf den Abstütz-Aufsteckhalter 15 der Wickelmaschine passen. Die Schraubengewinde 17 des Domes 12 sind so ausgearbeitet, daß sie sich im wesentlichen über die ganze Länge des Domes 12 erstrecken und größer sind als die Spindeln 54, auf welche die Muttern passen sollen, um den erforderlichen Spielraum und Schraubensitz zu erreichen. Das auf dem Dom 12 sitzende Material niedriger Reibung wird ats eine nahtlose Gewebehülse 21 aus Tetrafluoräthylenfasern niedriger Reibung gewebt, wobei in Kette und Schuß Fasern aus einem hitzebeständigen, thermoplastischen Material verwendet werden, wodurch die Gewebehülse 21 anfänglich nach einer Erhitzung etwas schrumpft Ein geeignetes Material des genannten Typs ist ein unter dem Nanv-n Dacron bekanntes Polyterephtalat Das Gewebe weist eine geringe Menge dieses thermoplastischen Materials auf, das bei einer Erwärmung auf ca. 93° C schrumpft, erweicht und dann nach Abkühlung sich zu einem halbstarren Material verfestigt

Die Fäden der Gewebehülse können in beiden Richtungen aus einer Mischung aus Polytetrafluorethylen und Polyterephtalat bestehen.

Die Gewebehülse 21 weist einen Durchmesser auf, der so beschaffen ist, daß diese frei über den Gewindedorn 12 gleiten kann. Die Länge der Gewebehülse 21 trägt der Zusammenziehung Rechnung, die durch das Einziehen der Gewebehülse 21 an das Schraubengewinde des Doms 12 erfolgt

Die Gewebehülse 21 wird über den Dorn 12 gezogen, wobei die hitzebeständigen, thermoplastischen Faserstränge 22 am Dom 12 in geeigneter Weise befestigt werden (nicht gezeigt). Die hitzebeständigen Faserstränge 22 können bis zu einer Temperatur von 150⁰C unter Spannung aufgewickelt werden.

Wenn der Dom 12 ein zweigängiges Gewinde aufweist, sind zwei Faserstränge 22 erforderlich, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist Die Fäden werden von Lieferwerken 23 abgezogen, durch Spannösen 24 geführt und laufen über Zapfen 25 des hin- und hergehenden Wickelwagens 26 der Wickelmaschine. Um die Faserstränge 22 um die Gewebehülse 21 zu wickeln, wird der Dorn 12 leicht in Drehung versetzt, während sich der Wickelwagen 26 entsprechend der Umdrehungsgeschwindigkeit und Steigung der Gewinde bewegt Beim Start kann es erforderlich sein, die Faserstränge 22 von Hand zu führen, so daß diese die unten liegenden Abschnitte der Gewebehülse 21 in die Gewindegänge des Dorns 12 hineindrücken.

Dieser Vorgang muß mit einiger Sorgfalt ausgeführt werden, um sicherzugehen, daß die Gewebehülse 21 progressiv und in ausreichendem Maße eingezogen wird, damit die Faserstränge 22 und die darunterliegenden Abschnitte der Gewebehülse 21 die Gewindewurzeln des Dorns 12 erreichen. Aus diesem Grund muß die Größe der Faserstränge 22 für jeden Gewindegang so beschaffen sein, daß die Gewebehülse 21 in ausreichendem Maße über die ebenen Flächen zwischen den Gewindegängen 17 verteilt bzw. angepreßt wird und die Gewebehülse 21 in die Eck«*.n an den Wurzeln der Gewindegänge gelange bis r^serstränge 22 müssen so beschaffen sein, daß die Gewebehülse 21 vollständig eben gegen die Flächen der Schraubengewinde äagcüiucln wL d Die Gtwebehülse 21 kann sich nach außen wöiben_: und ^ vi. Star die Spitzen der Gewinde. Ein geringes Ausmaß dieser Wölbung ist zulässig und wird bei dem Wttiiiieschrumpfvorgang ausgeglichen. Das richtige Ausmaß des Zusammenziehens kann man dadurch feststellen, daß man die Verkürzung der Hülse mißt, die dann stattgefunden hat nachdem die Faserstränge 22 vollständig um die Gewebehülse 21 gewickelt wurden.

Nach dem Wickelvorgang werden die Enden der Faserstränge 22 an dem Dom 12 befestigt Der Dom 12 wird mit der Umhüllung in einen Ofen (nicht gezeigt) gegeben, um diese für 15 bis 30 Minuten auf ca. 150⁰C zu erhitzen. Dieser Erwärmungsprozeß und die darin sich anschließende Abkühlung dient zwei Zielen:

Das Gewebematerial wird geschrumpft, so daß es sich so dicht als möglich dem Dom 12 anpaßt; dann erstarrt das Gewebe beim Abkühlen, so daß es seine Form beibehält Hierauf können die Faserstränge 22 entfernt werdea Die Rillen der Gewebehülse ti behalten ihre Form entsprechend den Gewindegängen des Doms 12. Das Entfernen der Faserstränge 22 kann bei Gewebehülsen 21 mit kleinem Durchmesser in der Größenordnung von 2,54 cm schwierig sein, weil die Schraubengewinde klein sind. Wenn der Faserstrang beispielsweise aus monofilem Dacron besteht, kann er an seiner Stelle belassen werden, so daß er einen einstückigen zusammenhängenden Teil der Schraubengewinde darstellt, wie dies noch beschrieben wird. Es ist von großer Bedeutung, daß die Gewebehülse 21 fest und sicher und insbesondere vollständig gegen den Dom 12 gedrückt wird, bevor kunstharzgetränkte Faserstränge aufgewikkelt werden, damit nicht Kunstharz an der Fläche mit niedriger Reibung der Gewebehülse erscheint, wenn der Körper vervollständigt ist Als nächster Schritt wird der Dom erneut in die Wickelmaschine eingesetzt und eine Anzahl von Glasfasersträngen 29 werden von Lieferwerken 30 abgezogen und vereinigt, um diese unter Spannung in die Nuten der Gewebehülse 21 und über die Faserstränge 22 zu wickeln. Die Glasfaserstränge 29 werden durch den Kamm 32 geführt, der vom Wickelwagen 26 getragen wird und sie werden vor dem Aufwickeln mit einem Harz imprägniert Die Dicke dieser Stränge muß so ausreichend bemessen sein, um sicherzustellen, daß die Gewebehülse 21 vollständig in die Zwischenräume zwischen den Gewindegängen des Doms 12 gepreßt wird, wie dies in Fig.3 veranschaulicht ist

Zu Beginn des Wickelvorganges werden die Faserstränge 29 von den Lieferwerken 30 über den Kamm 32 gezogen. Die Glasfaserstränge 29 können in ein Bad aus Harz eingetaucht werden, oevor sie durch den Ring 35 gelangen, der oberhalb des Dorns 12 angeordnet ist Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß sich die Stränge 29 nach unten durch das Harz 36 bewegen, das in einem Trichter 37 enthalten ist, um dann durch den Ring 35 geführt zu werden, der das untere Ende des Trichters 37 bildet. Pas untere Ende des Trichters 37 kann von einem losen Pfropfen verschlossen sein. Der Kamm 32 und der Trichter 37 werden von dem Wagen 26 getragen, der ebenfalls mit Mitteln (nicht gezeigt) ausgestattet sein kann, damit der Trichter 37 mit Harz 36 angefüllt bleibt

Wie sich aus den Zeichnungen erkennen läßt, sollen dort, wo die Glasfaserstränge 29 über die Faserstränge 22 gewickelt werden, diese vollständig die Zwischen-

räume ausfüllen und sie sollen insbesondere eine ausreichende Harzmenge auf die Gewebehülse übertragen. Das Harz muß die Möglichkeit erhalten, in die Gewebehülse 21 einzudringen, die unter den Fasersträngen 22 liegt.

Bei der Herstellung von Muttern mit kleinen Gewindegrößen ist dieser Verfahrensschritt ausreichend. Für größere Gewinde, bei denen die Faserstränge 22 entfernt werden, wird das Aufwickeln bzw. Umwickeln mit Glasfasersträngen 29 wiederholt. Eine dritte Wicklung ioll im allgemeinen vermieden werden. Die Wicklungen sollen die Nuten etwas »Überfüllen«, so daß leichte Erhebungen oder Rippen geformt werden. Dabei soll die Wickelspannung so groß sein, daß das Harz durch die Gewebeabschnitte gedrückt wird, welche die Nuten formen.

Hierauf katin das Umwickeln mit einem Band 39 erfolgen. Das Band 39 besteht aus einer Anzahl von parallel verlaufenden Glasfasersträngen 29 und dem durch diese mitgeführten Harz. Wie in Fig. 5 nur teilweise veranschaulicht ist, könnten vierzehn parallel verlaufende Stränge 29 über den Kamm 32 geführt werden, um das Band zu bilden. Das Ende des Bandes 39 wird zunächst an dem Ende des Dorns 12 befestigt. Bei Drehung des Dorns 12 bewegt sich der Wagen 26 seitlich, so daß die Gewebehülse 21 mit dem Band 39 umwickelt wird, und zwar mit einem axialen Abstand von dem Doppelten der Breite des Bandes 39. Um das Band dich' aufzubringen, wird es ebenfalls unter Spannung gewikkelt, um sicherzustellen, daß die vorher gewickelten Glasfaserstränge zusammengepreßt werden. Darüber hinaus ist es wichtig, daß das Harz in das Gewebe eingetrieben bzw. durch dieses hindurchgetrieben wird.

Nach der ersten hin- und hergehenden Bewegung des Wagens 26 (Fig.6) wird die Wicklung fortgesetzt, um zweite und dritte Umwicklungen vorzusehen, die jeweils so versetzt sind, daß eine Struktur entsprechend F i g. 7 entsteht Dieses Umwickeln wird fortgesetzt, bis der gewünschte äußere Durchmesser des Kunststoffkörpers erreicht ist, und das Ende des Bandes 39 wird dann an einem Ende des Dorns 12 befestigt, um ein Abwickeln zu verhindern. Der Dorn 12 wird aus der Wickelmaschine entfernt und in einen Ofen (nicht gezeigt) gebracht. Darin werden die Spindeln in horizontaler Lage an ihren Enden gelagert und mit ca. 30 Umdrehungen pro Minute während des folgenden Aushärte-Zyklusses in Drehung versetzt.

Es besteht auch die Möglichkeit, das härtbare Harz 36 direkt durch Infrarotbestrahlung oder durch Hochfrequenzbestrahlung zu erhitzen oder es kann auch der Dorn 12 direkt durch magnetische Induktion oder elektrische Widerstandsbeheizung aufgeheizt werden.

Nach dem Ausharten des Harzes 36 ist ein Rohr 50 mit Innengewinde entstanden, das nach der Abkühlung von dem Dorn 12 entfernt wird. Das Abkühlen vereinfacht die Handhabung und ein Zusammenziehen des Dorns 12 relativ zum Rohr 50 gestattet es, diesen durch Drehen aus dem Rohr herauszuziehen.
Von dem Rohr 50 können einzelne Muttern 53 mit

gfWUIiM-IHfI! i.aiigen augcsctniiucii wuuui. l/oj r\u-Ocre jeder Mutter 53 wird zunächst durch Schleifen veredelt. Mittelpunktsloses Schleifen ist dabei für kleinere Muttern zweckmäßig. Größere Muttern müssen eingespannt werden und besonders große Muttern in der Größenordnung von 30,5 cm Durchmesser und Länge können auf einer Drehbank geschliffen werden. Ein fertig hergestellter Spindeltrieb isi in Fig. 1 dargestellt, wobei die Spindel 54 mit dem äußeren Rohr 55 einen linearen Spindeltrieb bildet. Die Mutter 53 ist in einem mit Gegenbohrung versehenen Ende des Rohres 55 mit Gewindering 56 befestigt und beispielsweise durch einen Stift (nicht gezeigt) gegen Drehung gesichert. Derartige Spindeltriebe können ohne Schmierung arbeiten und daher für Anwendungsfälle herangezogen werden, für die andere Typen von linearen Betätigungsvorrichtungen, beispielsweise hydraulische Gestänge und dgl. nicht geeignet sind.

Durch die Erfindung kann man selbstschmierende Muttern herstellen, die sehr genau sind und für leichtgänge Spindeltriebe geeignet sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffkörpers mit Innengewinde, insbesondere einer Mutter für Spindelgetriebe, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) auf einen mit einem Außengewinde versehenen Dom werden Gewebestreifen gelegt, deren Breite größer ist als die Breite der Gewindeteile des Domes,

b) diese Gewebestreifen werden unter Zug mit ersten Fasersträngen bewickelt, wobei die Gewebestreifen bis auf den Grund in die Gewindegänge hineingezogen werden,

c) sodann werden weitere, kunstharzgetränkte Faserstiängt iolasg* darübergewickelt, bis die gewünschte Wandstärke erreicm ist,

d) nach dem Härten des Kunstharzes wird der Gewind*dorn aus dem Kunstharzkörper herausgedreht, gekennzeichnet durchdie folgenden weiteren Merkmale:

e) auf den Gewindedorn (12) wird eine in Umfangsrichtung schrumpffähige und auf ihrer inneren Fläche mit einem Material geringer Reibung versehene Gewebehnlse gezogen,

0 als erste Faserlage werden hitzebeständige thermoplastische Faserstränge (22) darüber gewickelt, die mit ihren Enden am Gewindedorn festgelegt werden,

g) die bew:-kelte Gewebehülse wird dann zum Schrumpfen erwärmt und ^u ihrer Verfestigung wieder abgekühlt,

h) nach Durchführung der Vrrfahrensschritte c) und d) wird der mit dem Innengewinde versehene Kunststoffkörper durch radiale Schnitte in einzelne Muttern unterteilt