DE3839835A1

DE3839835A1 - Lang- und kurzfaserverstaerkte gewindestangen und -bolzen aus thermoplastischen kunststoffen

Info

Publication number: DE3839835A1
Application number: DE19883839835
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof Dipl Ing Kruedener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1989-06-15

Description

In letzter Zeit haben unverstärkte und verstärkte thermoplastische Kunststoffe sowohl gegenüber Duroplasten als auch gegenüber Metallen zunehmend an Bedeutung gewonnen. In Zukunft wird sich die Situation der thermoplastischen Materialien insbesondere wegen der besseren Wiederaufarbeitbarkeit gegenüber den Duroplasten noch verbessern.

Da die Thermoplaste bereits bei Umgebungstemperatur unter Belastung zum Fließen neigen, spielt bei ihrer Verarbeitung eine gezielte Verstärkung mittels Kurz- und Langfasern eine entscheidende Rolle. Bei Gewindestangen und -bolzen, die für Befestigungszwecke verwendet werden, ergeben sich im Gegensatz zu vielen anderen höherbeanspruchten thermoplastischen Bauteilen infolge der geometrischen und mechanischen Besonderheiten technologische Schwierigkeiten. Bereits auf dem Markt befindliche Schrauben und Gewindeteile haben entweder nur Kurzfaserverstärkung (gespritze Thermoplaste) oder nur Langfaserverstärkung (vorwiegend gepreßte Duroplaste).

In einer nur auf Zug beanspruchten Schraube wäre im inneren Bereich eine axiale Langfaserorientierung 1 (Fig. 1) am günstigsten, wenn bei der Montage mittels rein axial wirkender Spannvorrichtung (z. B. hydraulisch) gearbeitet werden würde. Wird beim Anziehen jedoch, wie in den meisten Fällen, mittels Drehmoment gearbeitet, wären zusätzlich im äußeren Bereich von Schaft- und Gewindekernquerschnitt annähernd um 45°C kreuzweise angeordnete Langfasern günstig. Da eine solche Einbringung technologisch aufwendig ist, kann ersatzweise auch eine aus Kurzfasern bestehende Mantelschicht 2 (Fig. 2) vorgesehen werden. Diese äußere kurzfaserverstärke Schicht ist in Bezug auf Torsion zwar nicht so fest und steif wie die zuvor genannte Schicht mit kreuzweise angeordneten Rovings, hat aber den Vorteil, daß einerseits die Grenzfestigkeiten der darin eingearbeiteten Gewindegänge in Bezug auf Abscheren, Biegung und Flächenpressung steigen und andererseits sich in diese quasihomogene Schicht Gewindeprofile kalteinrollen lassen. Die sich dadurch ergebende äußere Verdichtung und innere Verstreckung des Gewindequerschnitts hat wiederum eine zusätzliche Erhöhung der Grenzfestigkeiten des Gewindes zur Folge.

Würde man ohne eine kurzfaserverstärkte Randschicht direkt den langfaserverstärkten Bereich mit Gewinde berollen, ergäben sich gerade im kerbempfindlichen Gewindegrund Unterbrechungen des Faserverlaufs, die sich negativ auf die Gewindefestigkeit auswirken würden.

Im folgenden wird anhand Fig. 2 beschrieben, wie die genannten Gesichtspunkte dem Patentanspruch entsprechend technologisch praktiziert werden können. Ausgangspunkt ist thermoplatisches Prepreg-Material, wie es zum Wickeln von Behältern u. ä. verwendet wird. Von mehreren Spulen werden gleichzeitig Prepreg-Rovingfäden in einen auf Schmelztemperatur des Thermoplasten gebrachten Heizofen 1 geführt, angeschmolzen und infolge einer am fertigen abgekühlten Strang ausgeübten Zugkraft F durch die beheizte Kalibrierdüse 2 gezogen. Danach gelangt der kalibrierte Rovingstrang, weiterhin unter Zug und damit über die kurze Strecke 3 kompakt bleiben, in ein von einem Extruder 4 aufbereitetes Schmelzbad 5, welches 30-40 Gewichtsprozent Kurzglasfasern (milled fiber) enthält und unter Druck steht. Teils infolge des Schmelzdruckes p in 5 (Extrusion), teils infolge der Zugkraft F (Pulltrusion) gelangt der Strang durch die Düse 6, die entsprechend der gewünschten Außenschichtdicke im Durchmesser größer ist als die Düse 2 und durch die Kühlstrecke 7 zur Zugvorrichtung 8, die sich in einer temperierten Kammer 9 befindet.

Bei teilkristallinen Thermoplasten, z. B. Polyamid, sollte die folgende Abkühlung möglichst langsam erfolgen, um einen hohen kristallinen Anteil in der Matrix zu erreichen. Dadurch werden einerseits die mechanischen Eigenschaften und andererseits die Gewinderollbarkeit verbessert. Eventuell ist die Abkühlungzeit in einem gesondert angeordneten Ofen hinauszuzögern. Neben der kristallinen Struktur wirkt sich auf die Gewindeausbildung auch die Kurzfaserverstärkung günstig aus. Für die Herstellung der Gewinde können Axial-, Radialgewinderollköpfe als auch Gewindewalzmaschinen verwendet werden. Dabei kann es angebracht sein, je nach Restrückfederung des Werkstoffes, die aber durch die Faserzusätze nahezu aufgehoben wird, das Negativprofil der Rollen in der Weise zu variieren, daß das endgültige Gewindeprofil in der gewünschten Form stehenbleibt.

Claims

1. Gewindestangen und -bolzen aus thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere durch gezielte Anordnung von Kurz- und Langfasern und außerdem durch das Aufbringen der Gewindeprofile mittels Kaltrollens die mechanischen Eigenschaften optimiert werden.

2. Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung der unter Anspruch 1 genannten Gewindestangen und -bolzen aus thermoplastischem Material.

3. Schraubenbolzen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glatte Schaft mittels Glattwalzens ebenfalls verfestigt wird.

4. Gewindestangen und -bolzen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenbereich zusätzlich Rovingstrümpfe mit kreuzweise diagonal angeordneten Rovings vorgesehen werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ziehen des erkaltenden Materials eine Verdrehung aufgebracht wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Polymerschmelzebades ein Monomerschmelzebad (z. B. Caprolactam) vorgesehen wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle glatter Rovingfasern sogenannte Spinnrovings verwendet werden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage nicht horizontal, sondern vertikal angeordnet ist, um die koaxiale Anordnung von Innen- und Außenbereich zu optimieren.

9. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es bei den Prepregs sich nicht um einzelne mit thermoplastischem Material ummantelte Rovings handelt, sondern um solche, bei denen mehrere Rovings zu einem Band von z. B. 0,5×5 mm Querschnitt zusammengefaßt sind.