DE3106273A1 - "rohrkoerper aus hybridfaserverstaerktem kunststoff" - Google Patents

Description

Die Erfindung stellt einen Rohrkörper aus einer Kombination von verschiedenen Verstärkungsfasern für Kunststoffe dar, vorzugsweise in der Kombination Kohlenstoffasern mit Aramidfasern.

Rohrkörper aus faserverstärkten Kunststoffen als Konstruktionselemente in vielen technischen Anwendungsbereichen und auf dem Sportsektor wie z.B. als Masten bei Segelbooten, Surfboards usw. sind an sich bekannt. Sie werden im Strangzieh-, Faserwickel- oder Gewebewickelverfahren hergestellt.

Auch ist die Kombination von verschiedenen Faserarten dabei bekannt. So beschreibt z.B. die Dt. OS P 25 20 623.9 ein solches Faserwickelverfahren zur Herstellung von Rohren und Antriebswellen aus Verstärkungsfasern in der Kombination Glasfasern/Kohlenstoffasern. Der Nachteil eines derartigen Faserhybrids ist das immer noch relativ hohe Bauteilgewicht, weil die anteiligen Glasfasern eine hohe Dichte haben.

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ist zur Herstellung von Rohrkörpern nach dem Beschriebenen Verfahren eine umfangreiche Maschinenanlage erforderlich. Ebenso beschreibt die DT. OS P 29 11 167.9 eine aus verschiedenen faserverstärkten Schichten zusammengesetzte Antriebswelle, ist bei schichtweisem Aufbau und Berücksichtigung ganz bestimmter Faser-Wickelwinkel an einen Einsatz von Glasfasern der Kombination mit Kohlenstoffasern gedacht, wobei die Rohstoffasern in erster Linie parallel zur Längsachse der Welle angeordnet sein sollen. Der Nachteil bei einer
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In den weitaus meisten Fällen wird das vorbeschriebene Verfahren unter Verwendung von ausschließlich Glasfasern oder Kohlenstoffasern angewandt. Bei Glasfaseranwendung wird das Produkt bei ausreichender Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit relativ schwer; bei der Kohlefaseranwendung ist das Produkt, bedingt durch die geringe Bruchdehnung der als Verstärkungsmaterial dienenden Kohlenstoffasern, sehr spröde. Der einzige verbleibende Vorteil bei der ausschließlichen Kohlefaseranwendung ist das etwa ein Drittel niedrigere Gewicht des Rohrkörpers bei jedoch sehr hohem Preis, bedingt durch den mehrfach höheren Preis der Kohlenstoffasern gegenüber Glasfasern.

Die Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, einerseits von dem hohen Preis für Kohlenstoffasern weniger abhängig zu sein und andererseits einen Rohrkörper mit wesentlich geringerem Gewicht und geringerer Bruchgefährdung zu erstellen. Eine Hauptaufgabe kommt dabei der Tatsache zu, dass das Vorhandensein von Fasersträngen nur geringen Querschnitts, welche sich abwechselnd als Kohlenstoffaser- und Aramidfaserstränge parallel nebeneinander und nicht als Einzelschichten aus nur einer Faserart übereinander liegen, bewirkt, dass es kaum zu spannungsbedingten Relativ-Bewegungen kommen kann, welche die Bauteilfestigkeit beeinträchtigen könnten. Durch eine exakte Faserorientierung, welche genau der Bauteilanforderung entspricht und einem genauen Verhältnis der vorzugsweise als Hybridfasern eingesetzten Kohlenstoff- und Aramidfasern wird bei einem geringstmöglichen Fasereinsatz ein höchstmöglicher Verstärkungseffekt erzielt, der noch dadurch erhöht wird, dass bei der Fertigung als letzter Arbeitsgang ein Flechtschlauch aus Aramid-, Kohlenstoffaser oder einer Hybridfaser aus den beiden Vorgenannten über das zuvor aufgelegte Fasermaterial gezogen wird. Dieser Flechtschlauch bildet nach der Aushärtung des Laminates die Außenschicht und hat strukturbedingt eine geringere Oberflächenspannung und ist deshalb weniger anfällig für Faser-Anrisse als Rohrkörper mit glatten Oberflächen.

Bei dem erfindungsgemäßen Rohrkörper ist durch die Kombination von Fasern mit geringerer Bruchdehnung und hohem Elastizitätsmodul, wie z.B. Kohlenstoffasern oder Borfasern, mit solchen von höherer Bruchdehnung und höherer Zugfestigkeit aber geringerem spezifischen Gewicht, wie z.B. Aramidfasern, die Bruchgefährdung wesentlich geringer, als bei jenen, die nur mit einer Verstärkungsfaserart hergestellt wurden. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass ein Hybridfaserlaminat aus z.B. Kohlenstoff- und Aramidfasern physikalische und wirtschaftliche Vorteile hervorbringt, welche mit einer einzigen Verstärkungsfaser nicht zu verwirklichen wären. So wäre z.B. ein Rohrkörper aus einem reinen Aramidfaserlaminat für die meisten Einsatzzwecke unbrauchbar, da diese Faserart nur über eine geringe Druckfestigkeit verfügt und Rohrkörper wie z.B. Masten in hohem Maße auf Druck beansprucht werden.

Ein weiterer Erfindungsgedanke ist die Orientierung
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Wickelvorganges unter Verwendung einer Wicklung aus einer Gewebebahn und das Überziehen eines Flechtschlauches auf die Form.

Fig. 2 Teile einzelner Lagen des erfindungsgemäßen Rohrkörpers.

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In Figur 2 erkennt man die auf die Positivform 1 aufgewickelte, radial bis diagonal zur Rohrkörperlängsachse angeordnete erste Lage 5 aus Hybridfasern in Form eines unidirektionalen Bandes bezw. aus einzelnen Fasersträngen, während 6 eine weitere Lage aus demselben Hybridfasermaterial zeigt mit achsial orientierten Fasersträngen, bei denen sich Kohlenstoffasern und Aramidfasern parallel liegend abwechseln, während ein als 6a erkennbarer im größeren Abstand als die Längsfäden angeordneter Schussfaden die Faserstränge zu einem unidirektionalen Band zusammenhält. Als letzte, den äußeren Abschluß bildende Lage ist als 4 der beschriebene Flechtschlauch mit kreuzweise diagonaler Faserorientierung erkennbar. Alle Verstärkungsfasern sind dabei in einer Harzmatrix aus Epoxyd-, Polyester-, Phenol- oder Acrylharz eingebettet.

Claims (5)

1. z e i c h n e t , dass auf einen ovalen, vierkantigen oder runden Formkörper Bänder aus parallel liegenden Fasersträngen oder einzelne parallel liegende Faserstränge aus Kohlenstoffasern, Aramidfasern oder einer Kombination aus beiden Faserarten aufgelegt und mit Kunstharz getränkt sind, bei denen je ein Faserstrang aus Aramidfasern neben einem solchen aus Kohlenstoffasern angeordnet ist und die Fasern sowohl in Rohrkörperlängsrichtung aufgelegt als auch radial oder diagonal gewickelt sind, und als Außenschicht ein elastisch geflochtener, gewirkter, gewebter oder gestrickter Schlauch aus Kohlenstoff- oder Aramidfasern oder einem Hybridmaterial aus beiden Faserarten dient.
2. 2. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die längs aufgelegten und radial oder diagonal gewickelten Faserstranglagen bezw. Bänder nur aus Aramidfasern bestehen, deren Faserstränge parallel zueinander angeordnet sind.
3. 3. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den konischen oder zylindrischen Formkörper mit ovalem, vierkantigem oder rundem Querschnitt ein Gewebe aus Kohlenstoffasern, Aramidfasern oder einem Hybridmaterial aus beiden Faserarten aufgelegt ist,
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   als Außenschicht dienende Schlauch aufgebracht wird.
4. 4. Rohrkörper nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gewebe ein Hybrid, bestehend aus Aramidfasern und Glasfasern vorgesehen ist.
5. 5. Rohrkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter Weglassen der längs aufgelegten und radial oder diagonal gewickelten Faserstranglagen mehrere Lagen aus elastisch geflochtenem, gewirktem, gewebtem oder gestricktem Schlauch aus einem Hybridmaterial, bestehend aus Aramidfasern und Kohlenstoffasern angeordnet sind.