DD290254A5 - Mass-, form- und lageverkoerperungen aus faserverbundwerkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Masz-, Form- und Lageverkoerperungen aus Faserverbundwerkstoffen, die vorzugsweise unter Verwendung von Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern fuer grosze Laengen hergestellt sind. Ziel der Erfindung ist es, die Maszkonstanz dieser Pruefmittel auch unter unguenstigen Umweltbedingungen zu gewaehrleisten; dabei steht die Aufgabe, die Aufnahme von Feuchtigkeit in den Faserverbund auszuschlieszen. Erfindungsgemaesz werden die Masz-, Form- und Lageverkoerperungen mindestens hinsichtlich ihrer der Atmosphaere zugaenglichen Oberflaeche mit einer diffusionssperrenden Schicht versehen Schicht versehen. Solche Schichten koennen Metallfolien, aufgedampfte Metalle, Glas, Keramik, Wachs und bezueglich ihrer Wirkung vergleichbare Materialien sein. Anwendungsbeispiele der Erfindung sind Traegerelemente fuer Meszgeraete, geodaetische Meszlatten, Endmasze, Stufenendmasze und Pruefkoerper fuer Meszmaschinen, Lehren, flexible Maszstabtraeger und in Maschinen implizierte Maszverkoerperungen.{Faserverbundwerkstoff; Kohlenstoffaser; Aramidfaser; grosze Laengen; unguenstige Umweltbedingungen; diffusionssperrende Schicht; Metallfolien; aufgedampfte Metalle; Glas; Keramik; Wachs}

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Aufnahme von Feuchtigkeit in Faeerverbundwerkrtoffe auszuschließen. Erfindungsgemäß werden Maß-, Form- und Lageverkörperungen aus Faserverbundwerkstoff mindestens hinsichtlich ihrer der Atmosphäre zugänglichen Oberfläche mit einer diffusionssperrenden Schicht versehen. Solche Schichten können Metallfolien, aufgedampfte Metalle, Glas, Keramik, Wachs und bezüglich ihrer Wirkung vergleichbare Materialien sein. Die aufgebrachten Schichten weisen, bevorzugt eine zur Grundstruktur vergleichsweise geringe Dicke auf, so daß ihr Einfluß auf dessen LTK vernachlässigbar ist. Ist das technologisch nicht möglich bzw. nicht zweckmäßig, ist der LTK des Faserverbundwerkstoffes durch Variation des Faserund Matrixmaterials in bekannter Weise so zu gestalten, daß der LTK a_g„ der erfindungsgemäßen Maß-, Form- und Lageverkörperung dem gewünschten Wert, bevorzugt Null, entspricht.

Damit bietet sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Normale in Erweiterung der bislang bekannten Anwendungen auch unter extremen Umweltbedingungen, wie sie z. B. innerhalb von eingehausten Bearbeitungszentren durch die Einwirkung von Kühlmitteln bzw. deren Sprühnebel auftreten, an.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Fig, 1 zeigt im Schnitt schematisch den Schichtaufbau eines Rohres aus Faserverbundwerkstoff, wie es beispielsweise als Grundkörper für Parallelendmaße für große Längen (I ä 500mm) genutzt werden kann.

Die die Steifigkeit und Festigkeit sowie den L ängen-Temperatur-Koeffizienten des Rohres bestimmenden Schichten sind aus Kohlenstofffasern, Glasfasern und einer Epoxidharzmatrix nach dem Wickelverfahren hergestellt. Der Rohraußendurchmesser beträgt im Beispiel 35 mm. Die Schicht 1 stellt die Hauptschicht aus kohlenstoffaserverstärktem Plast dar (Schichtdicke ca. 3 mm). Ihr folgt nach außen hin eine Schicht 2 aus glasfaserverstärktem Plast (Schichtdicke ca. 0,5 mm), die im vorliegenden Beispiel vorrangig die Funktion einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen den Schichten 1 und 3 (Verhinderung eines elektrochemischen Elements zwischen den leitenden Kohlenstoffasern und der äußeren Metallschicht). Die Schicht 3 stellt die eigentliche äußere, das Laminat zur umgebenden Atmosphäre hin diffusionsdicht abschließende Sperrschicht dar. Sie besteht im Beispiel aus einer 20Mm dicken Aluminiumfolie, die radial (mit einer geringen Schnittstellenüberlappung) auf der ganzen Länge um das Rohr geschalt und aufgeklebt iai. Diese Schicht kann zusätzlich entsprechend dekorativ nach außen hin gestaltet sein (eioxiert, lackiert o. ä.). Zur Verhinderung des Zutritts von Luftfeuchte von der Innenseite des Rohres her an das Laminat ist dort eine ebenfalls feuchtigkeitsdiffusionsdichte Wachsschicht von ca. 0,2 mm Dicke (Schicht 4) aufgebracht. Die vergleichsweise weiche Wachsschicht ist im vorliegenden Einsatzfall ausreichend, da von innen her keine verschleißende mechanische Beanspruchung auftritt. Durch die vergleichsweise dünnen diffusionssperrenden Schichten 3 und 4 ist der Faserverbundwerkstoff zur umgebenden Atmosphäre hin allseitig geschützt.

Claims (4)

1. Maß-, Form- und Lageverkörperungen aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere unter Verwendung von Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern, gekennzeichnet dadurch, daß der Faserverbundwerkstoff mindestens hinsichtlich seiner der Atmosphäre zugänglichen Oberfläche mit einer diffusionssperrenden Schicht versehen ist.

2. Maß-, Form- und Lageverkörperungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die diffusionssperrende Schicht aus leitenden Material, vorzugsweise aus Metall oder Metallverbindungen besteht.

3. Maß-, Form- und Lageverkörperungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die diffusionssperrende Schicht aus nichtleitendem Material, vorzugsweise aus Glas, Keramik oder Wachs besteht.

4. Maß-, Form- und Lageverkörperungen nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der die Steifigkeit und Festigkeit sowie den Längen-Temperatur-Koeffizienten des Faserverbundwerkstoffes bestimmenden Schicht (1) aus kohlenstoffaserverstärktem Plast und der diffusionssperrenden Schicht (3) eine Schicht (2) aus elektrisch isolierenden Material eingefügt ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Maß-, Form- und Lageverkörperungen aus Faserverbundwerkstoffen, die vorzugsweise unter Verwendung von Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern für große Längen hergestellt sind. Anwendungsbeispiele der Erfindung sind u. a. Trägerelemente für Meßgeräte, geodätische Meßlatten, Endmaße, Stufenendmaße und Prüfkörper für Meßmaschinen, Meßroboter und Werkzeugmaschinen, Lehren, flexible Maßstabträger sowie Normale in Bearbeitungszentren.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Faserverbundwerkstoffe werden in der Fertigungsmeßtechnik beroits seit längerem für verschiedene, oft kompliziert zu fertigende Meßgeräteteile und für Hauptbaugruppen von Handmeßgeräten für große Längen eingesetzt. International durchgesetzt hatte sich z.B. das Stabmikrometer 8225 für Messungen bis zu 11500mm der Firma AB C. E. Johannson, Eskiltstuna/Schweden, dessen zigarrenförmiger Grundkörper aus glasfaserverstärktem Plast (GFP) besteht; gleichfalls aus GFP gibt es schon seit vielen Jahren Meßbänder (DD-AP30900). Seit Mitte der 70er Jahre führen sich mehr und mehr sowohl in der Fertigungsmeßtechnik als auch in der Geodäse Maßverkörperungen aus kohlenstoffaserverstärktem Plast (KFP) ein. So sind u.a. Meßgeräte für Innen- und Außenmessungen großer Längen (DD-WP 138835), ein „Multivalenter Trägerelementesatz für Handmeßgeräte großer Längen" (DD-WP 156444), Endmaße bzw. Stufenendmaße (DD-WP238665, DE-PS3806791, DE-PS3817174), „Prüfkörper für Koordinaten-Meßgeräte" (DE-PS3823684), aber auch verschiedene Meßbänder (DE-PS2950580, DD-WP250439, DD-WP248647, DD-WP263818), die KFP als hauptsächlichen Werkstoff einsetzen, bekannt. Zudem kommen Easislattan und Paßpunktsysteme als KFP-Maßverkörperungen für das Prüfen großer Bauteile mit geodätischen Meßmitteln zum Einsatz. Weiterhin gibt es einen ersten Vorschlag, den Grundkörper von Lehren, die der gleichzeitigen Maß-, Form- und Lageprüfung, wiederum bevorzugt an großen Bauteilen, dienen, unter Verwendung von KFP herzustellen. Die starren KFP-Maßverkörperungen zeichnen sich im allgemeinen durch sehr geringe Masse bei gleichzeitig hoher Steifigkeit und einen Längen-Temperatur-Koeffizienten (LTK) nahe oder gleich Null aus. Des weiteren wird, wenn die Maßverkörperung mehrteilig und aus verschiedenen Materialien ausgeführt ist, die Struktur des Verbundwerkstoffes so gestaltet, daß dessen LTK gering negativ und daraus folgend der der Gesamtkonstruktion wiederum gleich Null ist (vgl. DD-WP 238665). Der Vorteil solcher Maßverkörperungen besteht neben der hohen Maßkonstanz bei praktisch allen Umgebungstemperaturen und der damit höheren Sicherheit der Messung auch darin, daß die Messungen sofort, und nicht erst nach dem allgemein geforderten Temperaturausgleich zwischen Maßverkörperung und Prüfling (üblich: 1,5...4hl) durchgeführt werden können. Grundsätzlich analog sind die Verhältnisse bei dem Einsatz von Aramidfasern statt der bislang bevorzugten Kohlenstoffasern. Nachteil aller Faserverbiindwerkstoffe ist, daß es unter bestimmten Umweltbedingungen, namentlich bei hoher Luftfeuchtigkeit in Verbindung mit relativ hoher Temperatur, zu einer Aufnahme von Feuchtigkeit durch das Polymer (bevorzugt Epoxidharz) und durch die Verbundstruktur (in Zwischenschichten, Vakuolen u.a.) kommt. Das führt zu einer unerwünschten Quellung des Materials und ggf. zu Änderungen von Maßen und mechanischen Eigenschaften.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Maßkonstanz von Konstruktionen aus Faserverbundwerkstoffen, die als Maß-, Form- und Lageverkörperungen eingesetzt werden, auch unter ungünstigen Umweltbedingungen zu gewährleisten.