JP3361116B2 - 繊維強化されたプラスチックからなる中空円筒形構成部材 - Google Patents
繊維強化されたプラスチックからなる中空円筒形構成部材Info
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Description
チックからなり、円周巻の層と交さ巻の層とからの繊維
層が交互に重ね合わさるように巻き付けられており、か
つその両端部が付加的な円周巻の層によって強化されて
補強環状部を形成している、高い周速で回転する回転体
のための中空円筒形構成部材に関する。
成は、米国特許第4359356号明細書に記載され、
かつ図示されている。この場合、巻付け機上で、それぞ
れ複数の構成部材が同時に巻き付けられる。巻付け過程
の後に、巻付け体は分離切断され、補強環状部で個々の
構成部材に分けられる。更に、この構成部材は、波形管
状結合要素によりつなぎ合わされ回転体に変わる。この
種の回転体の達成可能な周速は、特に、使用された繊維
の引張り強度によって左右される。従って、周速のため
に、破断応力7000MPaまでを有する高強度炭素繊
維(C繊維)が使用される。しかしながら、繊維の高い
強度の値は、完全には利用されることができないことが
判明した。それというのも、回転体の周速が高くなるこ
とおよび回転する構成部材に対して包囲応力が高まるこ
とに相応して、いわゆる″繊維屑、Faserabwurfs″が生
じるという危険が増すからである。この繊維屑、即ち、
繊維層からの剥離物は、通常、最も外側の繊維層の場合
に構成部材の両端部で始まる。
屑、即ち繊維層からの剥離物が生じるという危険を防
ぎ、ひいては円周巻の層のために高強度繊維を使用した
際に、前記の構成部材の周速を高い繊維強度に相応して
高めることができるように上記概念の種類の構成部材を
形成させることにある。
(2)を形成する付加的な円周巻の層である薄い外側繊
維層(2c)が、この外側繊維層の下に位置する円周巻
の層である内側繊維層(2b)の繊維よりも低い弾性率
を有する1つの繊維によって巻き付けられていることに
より解決される。請求項2から4までのいずれか1項
は、前記の解決の有利な実施態様を記載内容としてい
る。
質的には、高強度繊維複合材料の横方向への力に対する
敏感さおよびストロークに対する敏感さに帰因し、これ
らの敏感さは、特に外側の円周巻の層の構成部材の端面
または切り口面で作用を生じることが確認されている。
しかし、周速の上昇により円周巻の応力ばかりでなく、
繊維複合材料に作用する横応力およびストローク応力も
上昇する。従って、高強度C繊維が、薄い外側の層中で
少ない横方向への力に対する敏感さおよびストロークに
対する敏感さを有する中強度C繊維によって代替される
場合には、上記の危険にさらされた外側の層のストロー
クおよび横引張り強度は高められ、この場合には、主要
支持層中の高強度繊維を必要することは不用である。こ
の場合、構成部材の円周の伸びは、僅かしか上昇しない
ので、中強度C繊維のより低い弾性率は、外側の層のよ
り少ない負荷で生じる。より低い弾性率からなる繊維を
有する外側繊維層の厚さは、補強環状部のこの外側繊維
層の下に位置する内側繊維層の繊維層厚の約10%〜2
0%である。この場合、外側繊維層のための繊維の弾性
率は、この外側繊維層の下に位置する内側繊維層の弾性
率よりも約25%だけ低い。繊維材料としては、有利に
中強度C繊維が外側の層のために使用され、高強度C繊
維が内側の層のために使用される。これらの繊維は、巻
付け前に、巻付け過程の後に硬化される合成樹脂で含浸
される。
される:
筒形構成部材は、150mmの内径Dの場合に500m
mの全長Lを有している。外被1は、補強環状部2によ
って強化されていない領域中で、約0.7mmの厚さs
を有している。
の場合には、交互に円周巻の層1a、1b、1cからの
繊維層と交さ巻の層1d、1eからの繊維層が重ね合わ
さるように巻き付けられている。巻付けのためには、合
成樹脂で含浸された高強度C繊維が使用され、このC繊
維は、“T800”(σB=5500MPa、EF=28
5GPa)もしくは“X1033”(σB=6000M
Pa、EF=330GPa)という名称で市販されてい
る。個々の繊維層1a、1b、1c、1dおよび1eの
厚さは、それぞれ約140μmである。
る。該補強環状部は、外被1から、まず円錐状に上昇
し、その次に、約30mmの長さを有する円筒形の部分
2aへ移行する。両端部は、切り口面2dによって形成
され、この切り口面は、外被表面と垂直方向へ延びてい
る。同様にして、補強環状部2の内側の層2bは、高強
度の“T800”C繊維または“X1033”C繊維か
らなり、1818μmの厚さを有している。この内側の
層の上に巻き付けた外側繊維層2cは、中強度C繊維か
らなり、このC繊維は、“T300”(σB=3500
MPa、EF=230GPa)という名称で市販されて
いる。この外側の層2cは、356μmの厚さを有して
いる。図2の線図には、構成部材の円周巻の応力σが一
定である場合における補強環状部2の領域中での全繊維
層の伸びεと全繊維層の平均弾性率Εとの関係を示す曲
線が記載されている。点Aは、T300繊維を100%
使用した場合の伸びを示し、点Bは、X1033繊維を
100%使用した場合の伸びを示している。点Cは、薄
い外側の層2cのためにT300繊維を使用し、厚い内
側の層2dのためにX1033繊維を使用した場合の伸
びεを表わし、この場合、T300繊維の含量は、約1
6%であり、X1033繊維の含量は、約84%であ
る。このことから明らかになるように、点Bと比べて点
Cでの全体の伸びεが増大するのは、別に本質的なこと
ではない。これとは異なり、弾性率Εは、外側の層(点
A)で明らかに低い。応力は、σ=ε・Εであるので、
T300繊維のより低い弾性率のために、外側の層はよ
り少なく負荷を受けるが、しかし、全体の層に対する平
均弾性率(点C)は、X1033繊維に対するE弾性率
(点B)と僅かしか異ならず;即ち、主な負荷は、依然
として内側の層2bのX1033繊維が引き受けている
が、外側の層2cは、この外側の層のより少ない負荷お
よびこの外側の層のより高い横引張り強度の故に、特に
前記の危険にさらされた切り口面の領域中で一種の保護
層として作用している。
部に補強環状部を有する中空円筒形構成部材の略示縦断
面図であり、bは、aの“X”の部分の拡大図である。
εおよび平均弾性率Εについて記載されている線図であ
る。
1e 交さ巻の層、2 補強環状部、 2a 円筒形部
分、 2b 内側繊維層、 2c 外側繊維層、 2d
切り口面、 L 長さ、 D 直径、 s 外被厚
Claims (4)
- 【請求項1】 繊維強化されたプラスチックからなり、
円周巻の層と交さ巻の層とからの繊維層が交互に重ね合
わさるように巻き付けられており、高い周速で回転する
回転体の両端部が付加的な円周巻の層によって強化され
て補強環状部を形成している、高い周速で回転する回転
体のための中空円筒形構成部材において、補強環状部
(2)を形成する付加的な円周巻の層である薄い外側繊
維層(2c)が、この外側繊維層の下に位置する円周巻
の層である内側繊維層(2b)の繊維よりも低い弾性率
を有する1つの繊維によって巻き付けられていることを
特徴とする、繊維強化されたプラスチックからなる中空
円筒形構成部材。 - 【請求項2】 低い弾性率を有する繊維からなる外側繊
維層(2c)の厚さが、この外側繊維層の下に位置する
内側繊維層(2b)の繊維層厚の10%〜20%であ
る、請求項1記載の中空円筒形構成部材。 - 【請求項3】 外側繊維層(2c)のための繊維の弾性
率が、この外側繊維層の下に位置する内側繊維層(2
b)のための繊維の弾性率よりも約25%だけ低い、請
求項1または2に記載の中空円筒形構成部材。 - 【請求項4】 中強度C繊維からなる外側繊維層(2
c)およびこの外側繊維層の下に位置する高強度C繊維
からなる内側繊維層(2b)が巻き付けられている、請
求項1から3までのいずれか1項に記載の中空円筒形構
成部材。
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