DE3442261A1

DE3442261A1 - Verfahren zur herstellung von verbundteilen

Info

Publication number: DE3442261A1
Application number: DE19843442261
Authority: DE
Inventors: Guy Monaco Berrin
Original assignee: Silvatrim SAM
Current assignee: Silvatrim SAM
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1985-05-30
Also published as: ES537281A0; ES8507582A1; SE8404124L; GB8428136D0; NO844609L; IT8423617A0; DK551784D0; SE8404124D0; KR850004060A; MA20275A1; BR8405553A; JPS60112428A; IL73131A0; MC1573A1; IT8423617A1; ZA846909B; IT1177230B; NL8403530A; AU3544084A; BE900549A

Description

Verfahren zur Herstellung von Verbundteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundteilen, die durch Kunstharz gebundene Fasern aufweisen. Insbesondere handelt es sich um solche, die gebundene Fasern oder Endlosfäden enthalten, beispielsweise um Lenkräder für Fahrzeuge.

Lenkräder mit diesem Aufbau sind beispielsweise in der FR-PS 15 61 120 und der FR-OS 79 05 080 beschrieben und veranschaulichen das Bestreben, dem Fahrer im Fall eines Aufpralls eine erhöhte Sicherheit zu vermitteln. So sind bei dem Lenkrad, dessen Herstellung in der FR-PS 79 05 080 beschrieben ist, die die Radnabe mit dem Ring verbindenden Arme durch aneinander gebundene, untereinander parallele Fasern gebildet, die eingeprägte Stoßenergie durch ihre progressive Deformation absorbieren, so daß dadurch Verletzungen, denen der Fahrer ausgesetzt sein könnte, zumindest sehr gemildert sind. Das Bindemittel , mit dem bei diesem Lenkrad die Fasern imprägniert sind, um ihren Zusammenhalt zu gewährleisten, ist ein warmaushärtendes Kunstharz. Das bedeutet, daß die Fasern in das Bindemittel im Verlauf einer Drück-Polymerisationsbehandlung bei hoher Temperatur integriert werden müssen, um das Kunstharz, in welchem die Fasern zuvor durch Eintauchen imprägniert worden waren, auszuhärten.

Eine derartige Vorgangsweise hat in der Praxis zahlreiche Nachteile: Das flüssige Kunstharz fließt sehr leicht von den

Fasern oder Fäden ab, wenn diese nicht nach dem Imprägnieren in einem kalten Raum aufbewahrt werden. Diese Maßnahme ist lästig und aufwendig. Wird sie nicht ergriffen, so werden Material und Maschinen beeinträchtigt, so daß dadurch der Unterhalt und die Wartung schwierig werden. Das Kunstharz fließt sehr leicht in die Formfugen, was bei dem oder nach dem Entformen eine kostspielige Entgratung der Teile erfordert. Weiterhin wird eine grosse Anzahl von Gießformen bei diesem bekannten Verfahren benötigt, um es in industriellem Umfang einzusetzen, und bei jedem Gießvorgang muß in die Formen ein Trennmittel eingebracht oder es müssen warmgeformte Folien in die Gießformen eingelegt werden. Darüber hinaus müssen die Gießformen zwischen den einzelnen Gießvorgängen auch sehr sorgfältig gereinigt werden, da in die Trennfugen Gießfahnen und Materialreste eingedrungen sind, die hergestellten Artikel sind unregelmässig geformt und nicht einwandfrei formhaltig, der Herstellungszyklus ist lang und mühsam, die Polymerisationszeit begrenzt den Ausstoß und es sind beträchtliche Investitionen erforderlich, um eine industrielle Serienfertigung aufzubauen, die mit den Anforderungen der Automobilindustrie in Einklang steht.

Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt die Erfindung das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren vor.

Dieses besteht im wesentlichen darin, daß die Herstellung der genannten Gegenstände unter Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes erfolgt, durch den die Fasern aneinander gebunden werden. Dieser Kunststoff wird durch geeignete Mittel auf die Einzelfasern aufgebracht, die daraufhin im warmen Zustand zusammengefasst und schließlich direkt in einer Form gewickelt werden, wo sie während ihrer allmählichen Abkühlung aneinanderbacken und auf diese Weise direkt zu dem fertigen Verbundteil führen.

Das Aufbringen des Kunststoffes auf die Einzelfasern kann auf mehrfach verschiedene Weise durchgeführt werden:

In einer ersten Ausführungsform werden Endlosfasern zunächst erhitzt und anschließend mit dem Kunststoff überzogen, beispielsweise bei einem Durchlauf durch ein Bad in Form eines in fluidisiertem Zustand gehaltenen pulverförmigen Kunststoffes oder durch Extrusionsuiranantelung mittels einer Kunststoff schmelze. Auch eine elektrostatische Beschichtung mit pulverförmigem Kunststoff ist möglich. Bei dieser Ausführungsform können die Fasern direkt im warmen Zustand bündelweise zusammengefasst werden, woraufhin das Bündel in der Form zusammengewickelt wird. Dort backen die Fasern bei der Abkühlung aneinander.

In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens werden die Endlosfasern mit Kunststoff im kalten Zustand überzogen, beispielsweise bei dem Durchlauf durch eine wässrige Lösung oder Dispersion des Kunststoffes oder durch Anwendung eines Klebers. Durch eine nachfolgende Erhitzung wird zugleich das Lösungsmittel ausgetrieben oder der Kleber reaktiviert, bevor oder während die Fasern miteinander verbunden werden.

Obwohl man bei beiden vorstehend geschilderten Ausführungsformen des Verfahrens das Verbundteil direkt durch Kühlen der Form erhält und dieses sofort bestimmungsgemäß einsetzbar ist, kann das erhaltene Formteil zuvor noch in einer beheizten Preßform behandelt werden, falls eine Oberflächenverdichtung der Fasern aufeinander bzw. - im Fall eines Lenkrades - über der Radnabe erwünscht ist. Das führt zu einem Endprodukt von sehr genauen Abmessungen und ohne jegliche Formabweichung. Bei einer solchen Vorgangsweise ist es darüber hinaus möglich, in dem Teil Metall- oder Kunststoffeinsätze vorzusehen, wenn dies als notwendig angesehen wird, beispielsweise zum Zweck der Verstärkung der

Speichen im Verhältnis zum Radmittelteil oder für die Einbettung von Anschlußteilen od.dgl. für elektrische Einrichtungen.

Als Fasern können Natur- oder Kunstfasern aus organischen oder mineralischen Werkstoffen eingesetzt werden. Hierzu zählen Fasern aus Polyamid, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylharzen; Baumwoll-, Bor-, Karbon-_f Glas- oder Metallfasern, z.B. aus Aluminium oder Stahl. Audh Mischungen aus Fasern unterschiedlicher Art sind denkbar. Weiterhin sind Fasern einsetzbar, die einen Überzug teils aus einem ersten Kunststoff und teils aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff gleicher oder unterschiedlicher Art haben, wobei der erstgenannte Überzug durch elektrostatische Pulverbeschichtung der Fasern und der zweitgenannte Überzug durch Extrusion des entsprechenden Kunststoffes erzeugt ist. Dies entspricht der Vorgangsweise nach der französischen Patentanmeldung 83.10632 vom 28. Juni 1983. Als thermoplastischer Kunststoff kommen Polyamide, Polyäthylen, Polypropylen und Polystyrole, auch in modifizierter Form, sowie analoge Werkstoffe in Betracht.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens im Verhältnis zu den bekannten Verfahren, insbesondere zu dem Verfahren nach der FR-OS 7905080 besteht darin, daß es für die Herstellung nur eine einzige Faserwickelform und ggf. eine Preßform zur Erzielung eines verbesserten Oberflachenzustandes oder einer besonderen Formgebung notwendig macht. Dabei können die beiden Formen im übrigen zu einer einzigen vereinigt sein, wobei die Pressung durch den Schließvorgang der Form bewirkt wird. Darüber hinaus können die Verbundteile der Form ohne Grate entnommen werden, ein Trennmittel zum Entformen ist nicht notwendig und alle Teile sind ohne Nachbearbeitung von gleichbleibender guter Qualität.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar in Zusammenhang mit der Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung von Automobil-Lenkrädern. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsweise, und

Figur 2 eine zweite Ausführungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens.

In Fig. 1 sind schematisch Spulen 1 dargestellt, von denen Einzelfasern 2 abgewickelt werden, die miteinander verbunden werden und damit das Gerüst für einen herzustellenden Gegenstand bilden sollen. Die Fasern können ggf. durch eine Hochspannungs-Heizwicklung 3 vorgeheizt und anschließend spannungsfrei durch ein Bad 4 aus Kunststoffpulver geführt werden, das durch Einblasen von Luft über eine Zuführleitung 5 in einem fluidisierten oder fließfähigen Zustand gehalten ist. Die Pulverteilchen haften an den Fasern 2 bei deren Hindurchführung durch den Pulvervorrat 4 aufgrund elektrostatischer Anziehung. Nach dem Verlassen des Bades 4 passieren die Fasern eine weitere Heizzone 3', in der die Pulverteilchen unter dem Einfluß der Hitze schmelzen und auf diese Weise ein Bindemittel bilden, daß die Vereinigung der Fasern zu einem einheitlichen weichen Bündel 6 gewährleistet. Das Bündel 6 wird nach dem Durchlaufen einer Rieht- und Egalisierungsvorrichtung 7 durch einen Roboter 8 (automatischen Wickelarm) in einer Form 9 abgelegt, wo es abkühlt und dabei seine endgültige Form annimmt.

Bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrensbeispiels sind die Fasern 2 Glasfasern mit der Bezeichnung "Roving R 28 de 320 tex". Sie haben einen Durchmesser von etwa ΙΟμ und durchlaufen das Bad 4 mit einer Geschwindigkeit, die

100 m/min erreichen kann. Als Kunststoff wird Polyamid verwendet; die Temperatur der Heizwicklungen 3 und 3¹ beträgt etwa 22O⁰C.

Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemassen Verfahrens gemäß Fig. 2 wird das das Bad 4 verlassende Faserbündel durch einen Extruder 10 geschickt, aus dem es umhüllt mit einer Schicht aus thermoplastischem Kunststoff wieder austritt. Diese Kunststoffschicht kann aus dem gleichen Kunststoff bestehen, wie er im Bad 4 vorgesehen ist, kann jedoch auch unterschiedlich sein. Von dort aus wird der umhüllte Strang durch eine Einrichtung 11 quer durch eine Kühlzone 12 gezogen und schließlich bei 13 zu einem Vorratsbund aufgewickelt. Diese Zwischenspeicherung ist notwendig aufgrund des Umstandes, daß der in den Einrichtungen 4 bis 10 behandelte Strang von einer Roving-Spule 1.' stammt und die gesamte Anlage mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.000 m/min durchläuft. Man geht folglich von einer Mehrzahl von Spulen 13a, 13b, 13c... des auf diese Weise umhüllten Stranges aus, der bei 14 gebündelt und bei 15 wieder erhitzt wird. Durch die erneute Erhitzung schmelzen die Kunststoff-Pulverteilchen, die von der Hüllschicht umgeben sind, und bilden mit dieser Hüllschicht das Bindemittel, durch welches die Fasern aneinandergebunden werden. Anschließend wird das Bündel durch einen Roboterkopf 8' (automatischen Wickelarm) in einer Form 9¹ abgelegt und verteilt, in der es abkühlt und wie im Beispiel 1 seine endgültige Form annimmt.

Durch ein zuletzt vorgenommenes Verschließen der Form 9 oder 9' kann der Oberflächenzustand des hergestellten Artikels verbessert oder dadurch seine Gestalt etwas geändert werden. Beispielsweise können auf diese Weise am Umfangsrand eines Lenkrades leichte Wellungen erzeugt werden,die die Griffigkeit verbessern.

Die Anordnung in der Form kann sich in gleicher Weise auch ohne Beheizung vollziehen, so daß die Form erst nachher beheizt wird. Die Beheizung kann durch Infrarot-Bestrahlung, nicht oxidierende Beflammung, durch Laserstrahlen oder durch jegliche sonstige Heizvorrichtungen bewirkt werden.

Die in dem Ausführungsbeispiel verwendete Form dient zur Erzeugung von Fahrzeug-Lenkrädern, deren Eigenschaften, wie eingangs erläutert, besondert wertvoll sind. Jedoch lässt sich die erfindungsgemässe Technik auf sehr allgemeine Weise zur Herstellung aller Verbundteile anwenden, die derzeit durch Wickelfasern unter Verwendung von wärmehärtenden Kunststoffen verwendet werden, insbesondere solchen, die nicht durch Aufwickeln auf einen Dorn hergestellt werden können. Hierzu zählen beispielsweise für die AutomobilIndustrie Torsionsstäbe, Getriebewellen, Aufhängungen und in anderen IndustriezweigeryGestelle, beispielsweise für Sitze, Türrahmen, Kofferrahmen, Tennisschläger, Skistöcke und dgl., wobei diese Aufzählung keineswegs beschränkend ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundteilen, die durch Kunststoff gebundene Fasern aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die einzelnen Fasern (2) ein thermoplastischer Kunststoff (4) aufgebracht wird, daß anschließend die Fasern (2) durch Schmelzen des Kunststoffes (4) zu einem Bündel (6) zusammengefasst werden, daß das Bündel (6) dann in einer Form (9) gewickelt wird, und daß die Verbundmasse schließlich in der Form (9) allmählich zum Erkalten gebracht und danach das Verbundteil entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff durch elektrostatische Wirkung beim kontinuierlichen Hindurchleiten der Fasern durch einen fließfähiges Kunststoffpulver enthaltenden Raum auf die Fasern aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vor dem Hindurchführen durch den das fließfähige Kunststoff pulver enthaltenden Raum soweit vorerhitzt werden, daß die Kunststoffteilchen beim Kontakt mit der Faseroberfläche zu schmelzen beginnen und die Fasern bereits beim Austritt aus dem Raum sich miteinander verbinden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß-die Fasern in kaltem Zustand durch den das fließfähige Kunststoffpulver enthaltenden Raum hindurchgeführt werden, daß

— ο —

sie anschließend in einem Extruder (10) mit einer Hüllschicht aus gleichem oder unterschiedlichem Kunststoff versehen werden und daß sie schließlich vor dem Einbringen in die Form (9) oder durch anschließende Beheizung der Form erneut erhitzt werden, um die auf der Oberfläche der Fasern befindliche Pulverschicht und die darüber befindliche Hüllschicht zum Schmelzen zu bringen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Verbundteil nach dem Formvorgang einer zusätzlichen Heißpressung unterzogen wird, um eine Faserverdichtung im Sinne einer Verbesserung des Oberflächenzustandes oder einer Gestaltanderung zu erreichen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der zusätzlichen Heißpressung Metall- oder Kunststoffeinsätze zum Zweck der Verstärkung oder der Befestigung von elektrischen Anschlüssen in dem Verbundteil angeordnet werden.