CH386686A - Verfahren zur Herstellung eines mit einem Gewinde versehenen Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung eines mit einem Gewinde versehenen Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem Gewinde versehenen Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff.



   Es ist bekannt, in elektrischen Ausrüstungen Bolzen mit Gewinden anzuwenden, die ganz aus Isoliermaterial aufgebaut sind, z. B.  Bakelit -Papierbolzen. Solche Bolzen werden u. a. zur Verspannung und Kupplungsleitern beim Aufbau von Anschlussgeräten und dergleichen in elektrischen Apparaten, z. B. in Transformatoren und Reaktoren, verwendet.



  Es hat sich gezeigt, dass derartige  Bakelit -Papierbolzen keine zufriedenstellenden mechanischen Eigenschaften haben, besonders nach einer Wärme- und Vakuumbehandlung, und dass entweder das Gewinde oder der Bolzen als solcher bei Beanspruchungen beschädigt wird.



   Um die mit der Verwendung von  Bakelit  Papierbolzen zusammenhängenden Nachteile zu vermeiden, hat man versucht, gewindegeschliffene Bolzen aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit in der Längsrichtung der Bolzen orientierten Glasfasern zu verwenden. Es hat sich jedoch erwiesen, dass diese Bolzen den Nachteil aufweisen, dass das Gewinde eine zu schlechte mechanische Festigkeit hat, um den oft vorkommenden Beanspruchungen widerstehen zu können. Der Grund dafür ist, dass die in der Längsrichtung des Bolzens orientierten Glasfasern beim Gewindeschleifen angeschnitten werden, so dass bei Belastung des Gewindes der darin enthaltene Kunststoff praktisch die ganze Beanspruchung aufnehmen muss.



   Es sind ferner mit Gewinden versehene Bolzen aus glasfaserverstärktem Kunststoff bekannt, die im Zentrum eine Verstärkung von in der Längsrichtung des Bolzens verlaufenden parallelen Glasfasern und in den Gewinden eine Verstärkung von   winkelrecht    zu der Belastungsrichtung angeordneten Fasern oder Gewebschichten besitzen, die letztgenannte mit ausgestanzten Löchern für die zentral gelegenen Fasern.



  Die Bolzen werden dadurch hergestellt, dass die mit ausgestanzten Löchern versehenen Gewebeschichten über einen Glasfaserstrang geschoben und dort angebracht werden, wo das Gewinde liegen soll, wonach diese vorbereitete Verstärkung in eine Giessform gelegt wird, die mit einem verschiebbaren Kolben versehen ist. Nachdem dann ein flüssiges Giessharz zugeführt und der Kolben ein wenig in die Giessform hineingedrückt worden ist, damit diese mit Harz ausgefüllt wird, wird das Harz einer Härtung unterworfen. Dieses bekannte Verfahren hat vor allem den sehr beträchtlichen Nachteil, dass das Formwerkzeug eine lange Zeit in Anspruch genommen wird, was mit den Arbeitsschritten zusammenhängt, die damit ausgeführt werden, u. a. das umständliche Anbringen der Verstärkung und das Einfüllen des Kunststoffes.



   Um ein mit einem äusseren Gewinde versehenes Rohr herzustellen, ist es bekannt, einen Glasfaserfaden um ein Rohr mit glatter Oberfläche zu wickeln und danach dieses in eine Giessform, die dem erwünschten Gewinde entspricht, zusammen mit einem härtbaren Kunststoff einzubringen und den Kunststoff zu härten. Ein solches Rohr hat den bedeutenden Nachteil, dass das aufgewickelte Material bei grösserer Beanspruchung leicht von dem untenliegenden glatten Rohr abgeschert wird, was seine Verwendbarkeit begrenzt.



   Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine besonders einfache Herstellungsweise eines mit einem äusseren Gewinde versehenen Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff zu schaffen, bei der das Formwerkzeug nur während der Härtung des Kunst  stoffes in Anspruch genommen wird und womit ein Bolzen erhalten wird, dessen Gewinde eine sehr hohe Abscherungsfestigkeit (Schubfestigkeit) aufweist. Die Erfindung fusst auf dem Benützen eines an und für sich bekannten gehärteten Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff als Bestandteil des mit Gewinde versehenen Bolzens. Um den gehärteten Bolzen wird eine Hülle aus Glasfaser und ungehärtetem Kunststoff angebracht, die dann zu einem Gewinde mit gewünschtem Aussehen geformt und gleichzeitig am Kernbolzen verankert wird.

   Die genannten bekannten Bolzen sind im Handel zugänglich und werden gewöhnlich durch Anwendung von kontinuierlichen Methoden hergestellt, wodurch ihre Herstellungskosten niedrig sind.



   Gemäss der Erfindung wird die Mantelfläche des gehärteten Bolzens mit flachen Einkerbungen mit einer zur Achsenrichtung des Bolzens winkelrechten Richtungskomponente versehen, wonach der gehärtete Bolzen, wenigstens an der Stelle, wo das Gewinde angeordnet werden soll, mit einer Hülle umgeben wird, die aus um den Bolzen gewickelten Glasfaserfäden oder Glasfasersträngen und einem härtbaren Kunststoff in ungehärtetem Zustand besteht, worauf der mit der Hülle umgebene Bolzen durch Erhärten des Kunststoffes der Hülle in eine steife Einheit verwandelt wird, während der mit der Hülle umgebene Bolzen in einem Formwerkzeug angeordnet wird, das mit einer mit einem inneren Gewinde versehenen Partie ausgerüstet ist, die bei der Härtung der dabei hergestellten steifen Einheit ein äusseres Gewinde derselben Form ergibt.



   Dank dem Vorhandensein der Einkerbungen wird eine gute Verankerung der gehärteten Hülle an dem darunterliegenden Kernbolzen erhalten, und es wird verhindert, dass die Hülle bei Beanspruchung des mit einem Gewinde versehenen Bolzens von dem Kernbolzen abgezogen wird. Um der äussern Schicht des Kernbolzens eine gute Abscherungsfestigkeit (Schubfestigkeit) zu geben, ist es zweckmässig, die Einkerbungen nicht zu dicht anzuordnen, so dass der axiale Abstand zwischen ihnen grösser ist als die Steigung des herzustellenden Gewindes. Die Einkerbungen nehmen dabei einen kleineren Teil der Mantelfläche des Kernbolzens ein als die Partien, die nicht mit Einkerbungen versehen sind.



   Die Glasfaserfäden oder Glasfaserstränge können um den Kernbolzen z. B. schraubenlinienförmig oder in mehreren Schichten gewickelt werden. Es kann dabei vorteilhaft sein, dass mindestens zwei angrenzende Schichten in verschiedenen Richtungen gewickelt werden.



   Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. 1-5 der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben, in welcher Fig. 1 eine Seitenansicht und einen Teil eines mit Einkerbungen versehenen Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff zeigt, auf welchem die Hülle aus Glasfasern und ungehärtetem Kunststoff angebracht wird.



   Fig. 2 zeigt in Seitenansicht den Bolzen nach Fig. 1 beim Anbringen der Glasfasern und des ungehärteten Kunststoffes.



   Fig. 3 zeigt das Formwerkzeug, in welchem der Kunststoff in der Hülle einer Härtung unterworfen wird. Um die Figur anschaulicher zu gestalten, ist die eine Hälfte des aus zwei Teilen bestehenden Werkzeuges entfernt.



   Fig. 4 ist ein Querschnitt durch A-A nach Fig. 3, zeigt jedoch beide Hälften des Werkzeuges.



   Fig. 5 zeigt in Perspektive ein Beispiel eines fertigen Bolzens nach der Erfindung.



   Der Bolzen 10 nach Fig. 1 besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff, z. B. aus einem ungesättigten Polyesterharz mit parallelen, in der Längsrichtung des Bolzens orientierten Glasfasern. Auf der Mantelfläche ist er mit flachen, mit Abstand voneinander angeordneten Einkerbungen 11 versehen. Die Einkerbungen nehmen einen kleineren Teil der Mantelfläche des Bolzens ein als die Partien 12, die nicht mit Einkerbungen versehen sind. Die Einkerbungen brauchen nicht wie in Fig. 1 eine zusammenhängende, schraubenlinienförmig verlaufende Kurvenlinie zu bilden, sondern ihre Form kann variiert werden.



  Unter anderem kann man ihnen die Form von mehreren miteinander parallelen und zu der Achsrichtung des Bolzens winkelrechten Kreisen geben. Die Einkerbungen können z. B. auch zwei schraubenlinienförmig verlaufende   Kurvenlinien    ergeben, die miteinander einen Winkel bilden. Es kann unter gewissen Umständen zweckmässig sein, die Partien 12 auf der Mantelfläche des Bolzens etwas aufzurauhen.



   Um den Bolzen 10 wird gemäss Fig. 2 ein beispielsweise mit einem ungesättigten Polyesterharz im voraus imprägnierter Glasfaserstrang 13 gewickelt, der mehrere parallelgespulte Fäden umfasst, die je aus ungezwirnten Glasfaserfäden bestehen, ein sogenanntes vorimprägniertes Roving, so dass eine Hülle 14 erhalten wird. Beim Umwickeln wird das vorimprägnierte Roving zweckmässig über den Bolzen 10 hin- und zurückgeführt. Die Anzahl der Schichten hängt natürlich von der Höhe des herzustellenden Gewindes ab. In jedem Fall ist es zweckmässig, die äusserste Schicht in der Steigungsrichtung des Gewindes zu wickeln.

   Durch Anbringen des Glasfasermaterials mit einer verhältnismässig schwachen Strekkung erreicht man, dass die aus Glasfasern und ungehärtetem Harz bestehende Hülle eine plastische Deformierbarkeit erhält, so dass das Formwerkzeug, das später zur Anwendung kommen soll, vollständig von beiden Materialien ausgefüllt werden kann, die homogen verteilt sind, ohne dass die Glasfasern beschädigt werden. Statt das Harz vor dem Anbringen des Glasfaserstranges zuzuführen, kann dies im Zusammenhang damit geschehen, z. B. indem das ungehärtete Harz während der Umwicklungsarbeit auf den Glasfaserstrang gepinselt oder gespritzt wird.



  Als   Glasfasermaterial    anstatt des genannten Glasfaserstranges können u. a. verschiedene Typen von   Glasfaserfäden verwendet werden, wie ungezwirntes und gezwirntes Garn von kontinuierlichen Fasern und Garn aus Stapelfasern.



   Nach Anbringen des Glasfasermaterials und des Harzes auf den Bolzen 10, wird der Bolzen gemäss Fig. 3 und 4 mit umgebendem Material in ein Werkzeug 15 verbracht, das aus zwei Teilen 16 und 17 besteht. Das Werkzeug hat ein inwendiges Gewinde 18 derselben Art, für die der Glasfaserbolzen vorgesehen ist. Ferner ist die eine   Werkzeughälfte 16    mit zwei längs verlaufenden Nuten 19 versehen, durch die ein eventueller   Überfluss    an Kunststoff, der beim Formen des mit einem Gewinde versehenen Bolzens herausgepresst wird, vom Werkzeug weggeleitet werden kann. 20 bezeichnet Bolzen, mit denen die Werkzeughälften zusammengezogen werden. Nachdem das zur Hülle gehörende Harz gehärtet worden ist, gewöhnlich durch Erwärmen des Werkzeugs, wird das fertige Produkt aus dem Werkzeug genommen.



   Fig. 5 zeigt einen fertigen, gemäss der Erfindung hergestellten Bolzen mit Gewinden 21 bzw. 22 an beiden Enden. Zwischen den Gewinden befindet sich eine flache Partie 23. Beim Herstellen dieses Bolzens ist der Kernbolzen 10 längs seiner ganzen Länge mit einer äusseren Hülle umgeben worden, die aus einer Glasfaserstärkung und einem ungehärteten Harz besteht, wonach das Ganze zwecks Erhärtung des Harzes in ein Werkzeug mit derselben inneren Form wie die äussere Form des Bolzens nach Fig. 5 eingebracht worden ist. Die Bolzen können natürlich auch mit ganzen Gewinden längs der ganzen Oberfläche des Kernbolzens in grossen Längen hergestellt werden.



   Beim Herstellen z. B. eines Bolzens mit einem   sls"-aewinde    kann der Kernbolzen 10 einen Durchmesser von 11,5 mm haben. Die Einkerbungen 11 können z. B. 2 mm breit sein, ein paar Zehntel mm tief, und ihr axialer Abstand kann 5 mm betragen.



  Das vorimprägnierte Roving 13 kann z. B. aus 60 parallelgespulten Fäden bestehen, je umfassend einen ungezwirnten Faden, der 204 parallele Fasern mit    einem Durchmesser von etwa 9 u enthält. Von    diesem Roving werden total etwa 8 Schichten auf den Kernbolzen angebracht, davon 4 Schichten in jeder Wicklungsrichtung. Das Gewinde 18 im Werkzeug 15 ist natürlich ein   518"-Gewinde.   



   Statt des genannten ungesättigten Polyesterharzes, das in der Hülle vorhanden ist, kann man u. a. mit Vorteil ein Epoxyharz anwenden. Ausser solchen vollständig polymerisierbaren Harzen können auch Lösungsmittel enthaltende Harze verwendet werden, wie z. B. Phenolharze, Melaminharze, Polyuretanharze. Die Härtung von Harz kann, je nach seinen Eigenschaften, sowohl bei Zimmertemperatur wie auch bei höherer Temperatur erfolgen. Um Lagerungsprobleme des ungehärteten Harzes oder des mit solchem vorimprägnierten Glasfasermaterials zu vermeiden, ist es vorteilhaft, ein Harz zu verwenden, das bei erhöhter Temperatur härtet, und um das Werkzeug eine möglichst kurze Zeit zu binden, muss das Harz in einer verhältnismässig kurzen Zeit bei der erhöhten Temperatur härten.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Herstellen eines mit einem äusseren Gewinde versehenen Bolzens aus glasfaserverstärktem Kunststoff, bei welchem das Gewinde seine endgültige Form durch Formpressen erhält, dadurch gekennzeichnet, dass ein gehärteter Bolzen aus glasfaserverstärktem Kunststoff auf der Mantelfläche mit flachen Einkerbungen mit einer zur Achsenrichtung des Bolzens winkelrechten Richtungskomponente versehen wird, wonach der gehärtete Bolzen wenigstens an der Stelle, wo das Gewinde angeordnet werden soll, mit einer Hülle umgeben wird, die aus um den Bolzen gewickelten Glasfaserfäden oder Glasfasersträngen und einem härtbaren Kunststoff in ungehärtetem Zustand besteht, und dass der von der Hülle umgebene Bolzen durch Härten des Kunststoffes der Hülle in eine steife Einheit verwandelt wird, während der mit der Hülle umgebene Bolzen in einem Formwerkzeug angeordnet wird,

   das mit einer mit einem inneren Gewinde versehenen Partie ausgerüstet ist, die bei der Härtung der dabei hergestellten steifen Einheit ein äusseres Gewinde derselben Form ergibt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Einkerbungen grösser ist als die Steigung des herzustellenden Gewindes.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaserfäden oder Glasfaserstränge schraubenlinienförmig um den gehärteten Bolzen in mehreren Schichten gewickelt werden, von denen mindestens zwei angrenzende Schichten in verschiedenen Richtungen gewickelt werden.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaserfäden oder Glasfaserstränge mindestens im äussersten Teil der Hülle in der Steigungsrichtung des herzustellenden Gewindes orientiert werden.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaserfäden oder Glasfaserstränge mit einer verhältnismässig schwachen Streckung angebracht werden, so dass die Glasfaserfäden bzw. Glasfaserstränge zusammen mit dem ungehärteten Kunststoff deformierbar sind, um das Formwerkzeug ausfüllen zu können, ohne beschädigt zu werden.

   PATENTANSPRUCH II Mit Gewinde versehener Bolzen aus glasfaserverstärktem Kunststoff, der gemäss Verfahren nach Patentanspruch I hergestellt ist.