EP0603364A1 - Verfahren zur herstellung faserverstärkter kunstharz-formkörper - Google Patents

Verfahren zur herstellung faserverstärkter kunstharz-formkörper

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Publication number
EP0603364A1
EP0603364A1 EP93914668A EP93914668A EP0603364A1 EP 0603364 A1 EP0603364 A1 EP 0603364A1 EP 93914668 A EP93914668 A EP 93914668A EP 93914668 A EP93914668 A EP 93914668A EP 0603364 A1 EP0603364 A1 EP 0603364A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
synthetic resin
radial
support elements
wound
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93914668A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Pippart
Gerhard Greb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federal Mogul Deva GmbH
Original Assignee
Glacier GmbH Deva Werke
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Glacier GmbH Deva Werke filed Critical Glacier GmbH Deva Werke
Publication of EP0603364A1 publication Critical patent/EP0603364A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20—Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F16C33/201—Composition of the plastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C53/82—Cores or mandrels
    • B29C53/821—Mandrels especially adapted for winding and joining
    • B29C53/824—Mandrels especially adapted for winding and joining collapsible, e.g. elastic or inflatable; with removable parts, e.g. for regular shaped, straight tubular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C69/00—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore
    • B29C69/001—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore a shaping technique combined with cutting, e.g. in parts or slices combined with rearranging and joining the cut parts
    • B29C69/002—Winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • F16C23/04—Sliding-contact bearings self-adjusting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/04—Bearings
    • B29L2031/045—Bushes therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/28—Shaping by winding impregnated fibres

Definitions

  • the invention relates to a method for producing fiber-reinforced synthetic resin molded bodies, in which synthetic resin-impregnated fibers are wound onto a winding mandrel and the winding body thus produced is cured by heating and then processed.
  • One way to reduce the manufacturing idle times is to have several similar elements from a semi-finished product, such as a fiber-reinforced synthetic resin blank produced in the winding process.
  • a profile grinding machine is known which grinds several round or oval parts from the outside in one working or grinding process by means of a profile grinding roller and a feed roller from a c cylindrical blank.
  • This known profile grinding roller has several identical profile grinding sections lying next to one another, the radial outer contour of which corresponds in each case complementarily to the radial outer contour of the part to be produced. The radial distance between the high and the
  • I Q low point of a Profilschlei section corresponds at least to the radius of the cylindrical blank, so that with the completion of the shaping of the parts to be manufactured they are also separated from each other at the same time.
  • this known profile grinding machine there must be a separate profile grinding roller for each type of molded part to be produced.
  • composition of the synthetic resin moldings to be produced e.g. the
  • the winding bodies produced in this way are given the final radial and axial outer contour in separate work steps, since these processing tools for each composite material bearing have to be controlled via measuring devices in order to maintain the desired dimensions of the composite material bearing. Since this processing step has to be carried out individually for each composite OK material store, considerable set-up and processing times are incurred.
  • the invention is intended to remedy this situation and to improve a method of the type mentioned at the outset such that a simpler yet faster manufacture of such shaped bodies can be carried out, and conversion to molded bodies of a different shape is possible without great effort and is required for the shaped bodies produced Post-processing requires only a small amount of equipment and is also greatly reduced.
  • this is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that one shaped sleeve or a plurality of shaped sleeves, each separated from one another by a cutting disk, and as an axial closure on both sides
  • Support elements are mounted on a rotary shaft and braced axially in a rotationally fixed manner to form a winding mandrel, then the synthetic resin-impregnated fibers up to a radial thickness of the winding body that is greater than the radial extension of the support elements or the separating disks, at least between the Support elements are wound onto the winding mandrel, then the hardened winding body between the support elements is worked down to the radial extent of the cutting discs or the supporting elements, if there is no cutting disc, and then the bracing is released, after which the individual or each other separate molded body is withdrawn from the rotary shaft.
  • the method according to the invention allows one or more fiber-reinforced synthetic resin molded articles to be produced simultaneously in a few simple operations.
  • the radial outer contour of which already defines the radial inner contour of the molded body can be separated from one another by cutting disks and thus even shaped bodies of different shapes can be wound in one operation. Furthermore, it is not necessary to control the winding process in such a way that only fibers are wound onto each of the shaped sleeves, rather the cutting disks and support elements can be easily wrapped, so that an externally uniform-looking winding body is present after the winding process has ended. After the synthetic resin has hardened, the winding body can be mechanically processed, for example ground.
  • the radial processing of the winding body achieves two things, at least between the supporting elements except for the expansion of the cutting discs or the supporting elements, if there is no cutting disc: firstly the shaped bodies obtain their finished outer shape without any further mechanical reworking being necessary, and on the other hand they are separated from one another at the same time, since through the processing of the winding body except for the outer radius of the cutting disks, each connection of the shaped bodies to one another the thrust washers are removed so that they can then only be separated from one another by the cutting disks and can be separated immediately by releasing the tension of the winding mandrel (and the resulting separation of cutting disks, shaped sleeves and support elements).
  • the radial extent of the support elements and the cutting disks is the same. In the final mechanical radial processing of the winding body, it is not necessary to make certain starting points in this way when attaching the processing means. Mechanical processing can begin at any point on the peripheral surface of the bobbin over the support members at one end and end anywhere on the peripheral surface of the support members at the other end.
  • a first layer of synthetic resin-impregnated PTFE and / or high-strength fibers is wound as a bearing sliding layer for the production of bearing shells.
  • the resin impregnation of the fibers to be wound up is carried out in a simple operation in that the fibers are run through a synthetic resin bath enriched with solid lubricants before being wound onto the winding mandrel.
  • a further layer of synthetic resin-impregnated glass fibers is wound as a base layer on such a first layer in the form of a sliding layer.
  • Areas of application can also be used advantageously other reinforcing fibers, such as carbon or boron fibers.
  • Reinforced, stretched PTFE fibers are preferably used to form the bearing sliding layer, as a result of which the wear resistance of this layer can be increased.
  • the shaped sleeves have a spherical outer surface and, again advantageously, remain in each case as a structural element in the shaped body when it is pulled off the winding roll.
  • the radial outer surfaces of the molded sleeves, onto which the fibers impregnated with synthetic resin are wound are preferably designed as sliding surfaces.
  • a separate production of the sliding layer and its subsequent introduction into the spherical inner diameter of the outer ring is also eliminated.
  • the production of a split outer ring or the blasting of the outer ring and the subsequent insertion of the inner ring is avoided, which greatly simplifies and shortens the production of, for example, a radial spherical plain bearing.
  • a sliding film or a suitable sliding fabric for example PTFE fiber fabric, is applied to the sliding surface of the molded sleeves, whereupon the resin-impregnated fibers are then wound up.
  • the base layer made of fibers impregnated with synthetic resin is immediately wound onto the slide film, the slide film remaining in the finished molded body.
  • the axial outer surfaces of the cutting disks or that of the support elements or their heads define the finished axial end surfaces of the shaped bodies.
  • Moldings which e.g. can also have undercuts. It is no longer necessary to process these surfaces in a further operation.
  • the radial inner surface of which is provided by the radial outer surfaces of the shaped sleeves, the axial end faces of which are by the corresponding side surfaces of the cutting disks or the support elements, and the radial outer circumference of which is the radial extent of the opening disks or the support elements are defined.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a basic illustration of support elements, cutting disks and shaped sleeves which are being pulled onto a rotary shaft just to form a winding mandrel for carrying out a method according to the invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a winding mandrel wound with fibers, the winding body being shown above the longitudinal axis of the rotary shaft during the radial processing and below the longitudinal axis in its radially processed state, and Fig. 3 in cross-section finished, wound molded body, which are separated from each other and from the cutting discs or the support elements after the radial processing of the winding body and are withdrawn from the rotary shaft.
  • shaped sleeves 2 and cutting disks 3 are alternately mounted on a rotary shaft 1 (FIG. 1), the sequence beginning and ending with a support element 3 1 .
  • the support elements 3 ' can be sleeve-shaped in order to bridge the distance to the elements of the tensioning device 4 (FIG. 2) attached to the ends of the rotary shaft 1. With this clamping device 4, the support elements 3 1 , form sleeves 2 and
  • Cutting disks 3 are axially fixed against each other so that a mandrel 5 is formed, the radial outer surface 6, on which the fibers are to be wound, is not smooth, but profiled.
  • the shape of this profiling is determined by the shape of the shaped sleeves 2, cutting disks 3 and support elements 3 1 and can thus be adapted to the particular requirements in a relaxed manner.
  • the radial outer surfaces 7 of the shaped sleeves 2 are spherically shaped and provided with flat end surfaces 8 in the axial direction.
  • the cutting discs 3 comprise a rectangular web arranged radially on the inside
  • the axial extension of the cutting discs 3 is configured such that it gives the shaped body the desired axial contour with undercuts. Clamping or sealing elements corresponding to the standard can later be introduced into these undercuts.
  • the radial outer surface 15 of the cutting disc 3 is flat in the example shown and parallel to the longitudinal axis 14 of the rotary shaft
  • the axial outer surfaces 13 of the heads 10 of the cutting disc 3 correspond complementarily to the desired shape of the axial end surfaces 16 of the shaped bodies 17. With their heads 10, the cutting discs 3 engage somewhat over the molded sleeves 2, the axially outer and radially inner edges 18 of the head 10 rest on the spherical outer surfaces 7 of the shaped sleeve 2. In the area of the shaped sleeves 2, the design of the outer surfaces (9 ', 10', IT, 12 ') of the support elements 3' corresponds to that of the cutting discs 3.
  • the outer diameters of the cutting disks 3 and the support elements 3 ' are identical to one another and larger than the diameter at the apex 19 of the shaped sleeves 2, which are likewise identical to one another.
  • the shaped sleeves 2 shown correspond to the conventional inner rings used for the manufacture of radial spherical plain bearings have usually been used so far. They should remain in the molded body 17 to be produced as a structural element, in other words as an inner ring.
  • the shaped sleeves 2 can also be made entirely solid or as a hollow body.
  • a first layer 20 of, for example, resin-impregnated, reinforced, stretched PTFE and high-strength fibers is wound in a first winding pass, which are soaked before winding in an epoxy resin bath, which is enriched with solid lubricants in the form of graphite powder .
  • this first layer 20 forms a bearing sliding layer with good sliding properties.
  • the fibers of this first layer 20 are usually wound cross-wise (at approximately 60 ° to the longitudinal axis of the winding mandrel) and under controlled prestressing directly on or around the spherical sliding surface of the shaped sleeves 2.
  • this sliding layer could also be applied in the form of a suitably prepared, suitable sliding film or sliding fabric.
  • a second layer 21 of glass fibers soaked in epoxy resin is then wound onto this first fiber layer 20 and form a base layer in the hardened state.
  • the glass fibers are wound under controlled pretension in a cross connection (at approx. 45 ° to the longitudinal axis of the mandrel) until a predetermined outer diameter is reached, which is greater than the radial expansion of the cutting discs 3 and support elements 3 '.
  • the winding process is ended and the resulting winding body 22 is cured by heating. It is then radially ground down to the outer circumference of the support elements 3 1 and cutting disks 3 over the entire length of the winding body 22 with a grinding wheel 24 (FIG. 2), as a result of which the shaped bodies 17 receive their desired radial dimension and at the same time are mutually separated .
  • the first winding layer 20 which is designed as a sliding layer, compared to the each facing sleeve 2 is rotatable.
  • the radial spherical plain bearings produced in this way have the advantage that they are almost completely maintenance-free and have the best corrosion resistance, as well as a favorable weight and favorable sliding properties (low friction) between the inner ring and outer ring, furthermore great resistance to dirt as well as high impact and impact resistance and generally a very high level good resilience ⁇ ut
  • 32 shaped sleeves in the form of ball bushings with a ball radius of 40.7 mm in connection with spacer rings are placed on a winding mandrel with a diameter of 30 mm and clamped axially against each other by means of a clamping nut.
  • the mandrel, ball bushings and spacer rings had been carefully cleaned beforehand.
  • the surfaces of the ball bushings and the spacer rings are then covered with a suitable release agent. treated.
  • the outer diameter (47 mm) of the spacer rings corresponds to the desired outer diameter of the ones to be manufactured, which are seated on the ball bushings
  • Shaped bodies in the form of spherical rings are formed by spherical rings.
  • the width of the ball rings and thus the bearing width (18 mm) is determined by flat radial surfaces on the side of the spacer rings.
  • the sliding layer consists of PTFE composite threads, namely of PTFE fibers that are twisted with polyamide fibers (such as DACRON from Dupont) and have a final texturing of 660 den.
  • PTFE composite threads are coated with an epoxy resin based on toluene (SINOTHERM 4301 from the company
  • the base layer is then wound up. For this, glass fiber threads become one
  • the hardened composite pipe is ground down to a finished ball bushing dimension (47 mm) on a grinding mandrel. After loosening the clamping nut, the individual spherical bearings and spacer rings can then be removed from the grinding arbor.

Landscapes

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Description

Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunstharz-Formkörper
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren -zur Herstellung faserverstärkter Kunstharz-Formkörper, bei dem kunstharzgetränkte Fasern auf einen Wickel¬ dorn aufgewickelt werden und der so erzeugte Wickelkörper durch Erhitzung ausgehärtet und anschließend bearbeitet wird.
Die Anwendung moderner Wickeltechnik bei der Herstellung faserverstärkter Kunstharz-Formkörper erschließt aufgrund rationeller Fertigungsmöglichkeiten sowie der hohen Festigkeit gewickelter Körper auf vielen technischen Gebieten neue konstruktive Möglichkeiten. Sie führt insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz hochfester Werkstoffe zur Überarbeitung vieler herkömmlicher Konstruktionen, bei denen bereits faserverstärktes Kunstharz verwendet wird, darüber hinaus aber auch zu Überlegungen, in Konstruktionen, die bislang anderen Werkstoffen, wie z.B. Stahl, vorbehalten waren, faserverstärkte, im Wickelverfahren hergestellte Kunstharzteile einzusetzen. Dieser erhöhte Bedarf erfordert von der Fertigung immer rationellere Fertigungsmethoden bei der Herstellung solcher Kunstharzkörper, nicht nur im Hinblick auf eine Massenfertigung, sondern auch für Kleinserien und in der Einzelfertigung, bei denen der Anteil an Fertigungsnebenzeiten besonders hoch ist. So wirken sich gerade bei Kleinserien und Einzelteilen neben der Vereinfachung von Fertigungsabläufen sowie der Verringerung der Fertigungsschritte z. B. besonders die Minimierung von Rüstzeiten sowie der Verzicht auf irgendwelche Nacharbeitung einzelner Teile aus.
Eine Möglichkeit zur Verringerung der Fertigungsnebeπzeiten besteht darin, mehrere gleichartige Elemente gleichzeitig aus einem Halbzeug, wie z.B. einem faserverstärkten, im Wickelverfahren hergestellten Kunstharz-Rohling, herzustellen. So ist aus dem DE-GM 76 19 591 eine Profilschleifmaschine bekannt, die mittels einer Profilschleifrolle und einer Vorschubrolle aus einem c zylindrischen Rohling in einem Arbeits- bzw. Schleifvorgang mehrere Rund¬ oder Ovalteile von außen herausschleift. Diese bekannte Profilschleifrolle weist mehrere gleiche nebeneinaπderliegende Profilschleifabschnitte auf, deren radiale Außenkontur jeweils der radialen Außenkontur des herzustellenden Teils komplementär entspricht. Der radiale Abstand zwischen dem Hoch- und dem
I Q Tiefpunkt eines Profilschlei abschnittes entspricht mindestens dem Radius des zylindrischen Rohlings, so daß mit dem Abschluß der Formgebung der herzustellenden Teile diese auch gleichzeitig voneinander getrennt sind. Bei dieser vorbekannten Profilschleifmaschine muß für jeden herzustellenden Form¬ teiltyp eine eigene Profilschleifrolle vorhanden sein. Kurzfristige Variationen
, c in der Zusammenstellung der herzustellenden Kunstharz-Formkörper, z.B. die
Fertigung von Formkörpern unterschiedlicher Länge bei gleicher radialer Ausdehnung, ist mit einer solchen, in ihrem Profil nicht ohne weiteres veränderbaren Profilschleifrolle nicht möglich.
20 Für die Fertigung von selbstschmierenden Verbundwerkstoff-Lagern ist aus der US-PS 48 67 889 ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten, gewickelten Kunstharz-Formkörpern bekannt, bei dem auf einen Wickeldorn kunstharzgetränkte Fasern aufgewickelt werden. Der Wickelvorgang erfolgt in zwei Schritten mit einer ersten, dünneren Schicht aus PTFE-Fasern, die mit 5 Fasern einer polymereπ Matrix verdrillt sind und vor dem Wickelvorgang in einem mit Kohleπstoffpartikeln angereichertem Kunstharzbad getränkt werden, und einer zweiten dickeren Schicht aus z. B. Glasfasern, die bis zur erforderlichen Dicke des erzeugten Wickelkörpers aufgewickelt werden. Der fertige Wickelkörper wird durch Erhitzen ausgehärtet und anschließend vom Q Wickeldorn abgezogen. Derartig hergestellten Wickelkörpern wird in getrennten Arbeitsschritten die endgültige radiale und axiale Außenkontur gegeben, da diese Bearbeitungswerkzeuge für jedes Verbundwerkstofflager über Me߬ einrichtungen gesteuert werden müssen, um die Sollabmessungen des Verbund¬ werkstoff-Lagers einzuhalten. Da dieser Bearbeitungsschritt für jedes Verbund- O K werkstoff-Lager einzeln durchgeführt werden muß, fallen erhebliche Rüst- und Bearbeitungszeiten an. Hier soll nun die Erfindung Abhilfe schaffen und ein Verfahren der eingangs genannten Art so verbessern, daß eine einfachere und doch schnellere Her¬ stellung solcher Formkörper durchführbar sowie eine Umrüstung auf Form¬ körper anderer Formgebung ohne großen Aufwand rasch möglich ist und bei den erzeugten Formkörpern erforderliche Nachbearbeitungen einen nur geringen Geräteaufwand erfordern und zudem stark reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß eine Formhülse bzw. mehrere jeweils voneinander durch eine Trennscheibe getrennte Formhülsen und als beidseitiger axialer Abschluß
Abstützelemente auf eine Drehwelle aufgezogen und auf dieser axial drehfest zu einem Wickeldorn gegeneinander verspannt werden, anschließend die kunst¬ harzgetränkten Fasern bis zu einer radialen Dicke des Wickelkörpers, die größer als die radiale Erstreckung der Abstützelemente bzw. der Trenn- Scheiben ist, zumindest zwischen den Abstützelementen auf den Wickeldorn aufgewickelt werden, sodann der ausgehärtete Wickelkörper zwischen den Abstützelementen bis auf die radiale Ausdehnung der Trennscheiben bzw. der Abstützelemente, falls keine Trennscheibe vorhanden ist, abgearbeitet und anschließend die Verspannung gelöst wird, wonach der bzw. die einzelnen, von- einander getrennten Formkörper von der Drehwelle abgezogen wird bzw. werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, einen oder mehrere faser¬ verstärkte Kunstharz-Formkörper in wenigen, einfachen Arbeitsgängen gleich- zeitig herstellen zu können. Dadurch, daß die Fasern nicht unmittelbar auf einer als Wickeidorn benutzten Drehwelle aufgewickelt werden, sondern der Wickeldorn seinerseits aus Trennscheiben, Formhülsen sowie an seinen axialen Enden angeordneten Abstützelementen zusammengesetzt wird, die auf eine Drehwelle aufgezogen und anschließend axial drehfest gegeneinander verspannt werden, ist es möglich, jedem der zu erzeugenden Formkörper eine eigene
Formhülse zuzuordnen, deren radiale Außenkontur bereits die radiale Innen¬ kontur des Formkörpers festlegt. Andererseits können die Formhülsen durch Trennscheiben voneinander getrennt und damit in einem Arbeitsgang gleich¬ zeitig sogar Formkörper unterschiedlicher Formgebung gewickelt werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich , den Wickelvorgang so zu steuern, daß jeweils nur auf die Formhülsen Fasern aufgewickelt werden, vielmehr können die Trennscheiben und Abstützelemeπte ohne weiteres mitumwickelt werden, so daß nach Beendigung des Wickelvorganges ein äußerlich gleichmäßig aussehender Wickelkörper vorhanden ist. Nach dem Aushärten des Kunstharzes kann der Wickelkörper mechanisch bearbeitet, z.B. geschliffen, werden. Da die radiale Außenkontur der Trennscheiben bzw. der Abstützelemente der endgültigen Gestalt der Formkörper entspricht, wird durch die radiale Abarbeitung des Wickelkörpers zumindest zwischen den Abstützelementen bis auf die Ausdehnung der Trennscheiben bzw. der Abstützelemente, falls keine Trennscheibe vorhanden ist, zweierlei erreicht: Zum einen erhalten die Form¬ körper ihre fertige äußere Gestalt, ohne daß eine weitere mechanische Nach¬ bearbeitung erforderlich ist, und zum anderen werden sie gleichzeitig von¬ einander getrennt, da durch die Abarbeitung des Wickelkörpers bis auf den Außenradius der Trennscheiben jede Verbindung der Formkörper untereinander über die Treπnscheiben hinweg beseitigt wird, so daß sie danach nur noch durch die Trennscheiben voneinander getrennt und durch Lösen der Verspannung des Wickeldorns (und die dadurch erfolgende Vereinzelung von Trennscheiben, Formhülsen und Abstützelementen) sogleich vereinzelbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die radiale Erstreckung der Abstütz¬ elemente und der Trennscheiben gleich groß. Bei der abschließenden mechanischen radialen Bearbeitung des Wickelkörpers müssen auf diese Weise beim Ansetzen der Bearbeitungsmittel nicht bestimmte Ansatzpunkte getroffen werden. Die mechanische Bearbeitung kann auf einem beliebigen Punkt der Umfangsfläche des Wickelkörpers über den Abstützelementen an einem Ende beginnen und irgendwo auf der Umfangsfläche der Abstützelemente am anderen Ende auslaufen.
In einigen Anwendungsfällen kann es aber auch vorteilhaft sein, beim Einsatz mehrerer Formhülsen die radiale Erstreckung der Abstützelemente größer als die der Trennscheiben zu wählen. Dabei werden die kunstharzgetränkten Fasern nur zwischen den Abstützelementen aufgewickelt, wodurch der erzeugte Wickelkörper von vorneherein in axialer Richtung begrenzt und so der Verbrauch an Fasern verringert wird. Die kunsthαrzgetränkten Fasern werden bevorzugt in einem regelmäßigen
Wickelverbund unter gesteuerter Vorspannung im Kreuzverbund aufgewickelt.
Auf diese Weise kann der Verbund der Fasern untereinander und dadurch die Homogenität und die Tragfähigkeit des fertigen Wickelkörpers noch erhöht werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung, wird zur Herstellung von Lager¬ schalen als Lager-Gleitschicht eine erste Schicht aus kunstharzgetränkten PTFE- und/oder hochfesten Fasern gewickelt. Die Harztränkung der aufzuwickelnden Fasern erfolgt in einem einfachen Arbeitsgang dadurch, daß man die Fasern vor dem Aufwickeln auf den Wickeldorn durch ein mit festen Schmiermitteln angereichertes Kunstharzbad laufen läßt. Auf eine solche erste Schicht in Form einer Gleitschicht wird eine weitere Schicht aus kunstharz- getränkten Glasfasern als Tragschicht aufgewickelt. Für bestimmte
Anwendungsgebiete können aber auch mit Vorteil andere Verstärkungsfasern, wie Kohlenstoff- oder Boronfasern, zum Einsatz kommen. Zur Ausbildung der Lager-Gleitschicht werden bevorzugt verstärkte, gereckte PTFE-Fasern einge¬ setzt, wodurch sich die Verschleißfestigkeit dieser Schicht erhöhen läßt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Formhülsen eine sphärische Außenfläche auf und verbleiben, erneut vorteil¬ hafterweise, jeweils als konstruktives Element im Formkörper, wenn dieser von der Wickelrolle abgezogen wird. Dabei werden bevorzugt die radialen Außen- flächen der Formhülsen, auf welche die kunstharzgetränkten Fasern aufge¬ wickelt werden, als Gleitflächen ausgebildet. Auf diese Weise wird, z.B. bei der Herstellung von Gelenklagern, die einen Innenring mit kugelförmigem Außendurchmesser und einen Außenring mit kugelförmiger Bohrung aufweisen, das getrennte Herstellen eines Außenringes und die aufwendige Bearbeitung seines kugeligen Innendurchmessers vermieden. Ebenso entfällt dabei eine gesonderte Herstellung der Gleitschicht und deren nachträgliches Einbringen in den kugeligen Innendurchmesser des Außenringes. Darüber hinaus wird das Herstellen eines geteilten Außenrings bzw. das Sprengen des Außenrings und das nachträgliche Einbringen des Innenrings vermieden, wodurch die Fertigung z.B. eines Radial-Gelenklagers außerordentlich vereinfacht und verkürzt wird. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird auf die Gleitfläche der Formhülsen eine Gleitfolie oder ein geeignetes Gleitgewebe, z.B. PTFE-Faser-Gewebe, aufgebracht, worauf dann die harzgetränkten Fasern aufgewickelt werden. Hierdurch kaum das Aufbringen einer ersten Faserschicht als Gleitschicht entfallen. Auf die Gleitfolie wird bei dieser Ausführungsform sofort die Tragschicht aus kunstharzgetränkten Fasern aufgewickelt, wobei die Gleitfolie im fertigen Formkörper verbleibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung legen die axialen Außenflächen der Trennscheiben bzw. die der Abstützelemente oder deren Köpfe die fertigen axialen Endflächen der Formkörper fest. Damit können mit einer entsprechenden Formgebung der axialen Außenflächen der Trennscheiben bzw. der Abstützelemente beliebige komplementäre axiale Außenflächen der
Formkörper, die z.B. auch Hinterschneidungen aufweisen können, festgelegt werden. Eine Bearbeitung dieser Flächen in einem weiteren Arbeitsgang ist nicht mehr erforderlich. Damit liegen nach der radialen Abarbeitung des Wickelkörpers vollständig fertige Formkörper vor, deren radiale Innenfläche durch die radialen Außenflächen der Formhülsen, deren axiale Endflächen durch die entsprechenden Seitenflächen der Trennscheiben bzw. der Abstütz¬ elemente und deren radialer Außenumfang durch die radiale Erstreckung der Treπnscheiben bzw. der Abstützelemente definiert sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispiels¬ halber noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Prinzipdarstellung von Abstützelemente, Trennscheiben und Formhülsen, die gerade zur Ausbildung eines Wickeldorns zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Drehwelle aufge¬ zogen werden;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen mit Fasern bewickelten Wickeldorn, wobei der Wickelkörper oberhalb der Längsachse der Drehwelle während der radialen Abarbeitung und unterhalb der Längsachse in seinem radial abge¬ arbeiteten Zustand dargestellt ist, sowie Fig. 3 im Querschnitt fertige, gewickelte Formkörper, die nach der radialen Abarbeitung des Wickelkörpers voneinander und von den Trennscheiben bzw. den Abstützelementen getrennt sind und von der Drehwelle abgezogen werden.
In den Figuren wird als Ausführungsbeispiel die Herstellung von Radial-Gelenk- lagern dargestellt.
Auf einer Drehwelle 1 werden zunächst Formhülsen 2 und Trennscheiben 3 abwechselnd aufgezogen (Fig. 1 ), wobei die Reihenfolge jeweils mit einem Abstützelement 31 beginnt und endet. Die Abstützelemente 3' können hülsen- förmig ausgebildet sein, um den Abstand zu den an den Enden der Drehwelle 1 angebrachten Elementen der Spannvorrichtung 4 (Fig. 2) zu überbrücken. Mit dieser Spannvorrichtung 4 werden die Abstützelemente 31, Formhülsen 2 und
Trennscheiben 3 axial drehfest miteinander verspannt, so daß ein Wickeldorn 5 entsteht, dessen radiale Außenfläche 6, auf welche die Fasern aufgewickelt werden sollen, nicht glatt, sondern profiliert ist. Die Form dieser Profilierung wird durch die Gestalt der Formhülsen 2, Trennscheiben 3 und Abstütz- elemente 31 festgelegt und kann somit den jeweiligen Erfordernissen zwanglos angepaßt werden.
Im dargestellten Beispiel sind die radialen Außenflächen 7 der Formhülsen 2 sphärisch geformt und in Axialrichtung mit ebenen Endflächen 8 versehen. Die Trennscheiben 3 umfassen einen radial innen angeordneten, rechteckigen Steg
9 und einen radial außenliegenden, zu den Formhülsen 2 hin axial über den Steg 9 rechtwinklig hinausragenden Kopf 10. Hierbei ist die axiale Erstreckung der Trennscheiben 3 so konfiguriert, daß sie dem Formkörper die gewünschte axiale Kontur mit Hinterschneidungen gibt. In diese Hinterschneidungen können später der Norm entsprechende Spann- oder Dichtelemente eingebracht werden. Mit der radialen Innenfläche 1 1 der Stege 9 liegen die Trennscheiben 3 auf der Drehwelle 1 auf, während die axialen Außenflächen 12 der Stege 9 an den ebenen Endflächen 8 der Formhülsen 2 anliegen. Die axialen Außen¬ flächen 13 des Kopfes 10 einer Trennscheibe 3 verlaufen, ausgehend vom Überstand über den Steg 9, zunächst in radialer Richtung senkrecht zur Längs¬ achse 14 der Drehwelle 1 und dann schräg zur von der benachbarten Formhülse 2 αbgewαndten Seite in die radiale Außenfläche 15 der Trennscheibe 3, so daß in der axialen Endfläche 1 der zu wickelnden Formkörper 17 eine Hinter- schneidung ausgebildet wird. Die radiale Außenfläche 15 der Trennscheibe 3 ist bei dem gezeigten Beispiel eben und parallel zur Längsachse 14 der Drehwelle
1.
Die axialen Außenflächen 13 der Köpfe 10 der Trennscheibe 3 entsprechen komplementär der Soll-Form der axialen Endflächen 16 der Formkörper 17. Mit ihrem Kopf 10 greifen die Trennscheibe 3 etwas über die Formhülsen 2, wobei die axial außenliegenden und radial innenliegenden Kanten 18 des Kopfes 10 auf den sphärischen Außenflächen 7 der Formhülseπ 2 anliegen. Im Bereich der Formhülsen 2 entspricht die Ausbildung der Außenflächen (9', 10', I T, 12') der Abstützelemente 3' der der Trennscheiben 3.
Für jeden herzustellenden Kunststoff-Formkörper 17 ist jeweils eine Formhülse
2 vorgesehen. Die Außendurchmesser der Trennscheiben 3 und der Abstütz¬ elemente 3' sind untereinander gleich und größer als der Durchmesser im Scheitelpunkt 19 der ebenfalls untereinander gleich ausgebildeten Formhülsen 2. Die dargestellten Formhülsen 2 entsprechen den herkömmlichen Innen¬ ringen, wie sie zur Herstellung von Radial-Gelenklagern bisher üblicherweise verwendet werden. Sie sollen als konstruktives Element, eben als Innenring, in dem zu erzeugenden Formkörper 17 verbleiben. Die Formhülsen 2 können auch ganz massiv oder als Hohlkörper ausgebildet sein.
Auf die zu einem Wickeldorn 5 verspannten Abstützelemente 3', Trennscheiben
3 und Formhülsen 2 wird nun in einem ersten Wickelgang eine erste Schicht 20 aus z.B. kunstharzgetränkten verstärkten, gereckten PTFE- und aus hochfesten Fasern gewickelt, die vor dem Aufwickeln in einem Epoxidharz-Bad getränkt werden, das mit festen Schmierstoffen in Form von Graphitpulver angereichert ist. Diese erste Schicht 20 bildet im ausgehärteten Zustand eine Lager¬ gleitschicht mit guten Gleiteigenschafteπ aus. Die Fasern dieser ersten Schicht 20 werden üblicherweise im Kreuzverbund (unter jeweils ca. 60° zur Längs¬ achse des Wickeldornes) und unter gesteuerter Vorspannung direkt auf bzw. um die kugelförmige Gleitfläche der Formhülsen 2 gewickelt. Alternativ zur Herstellung der Gleitschicht aus gewickelten kunstharz¬ getränkten Fasern könnte diese Gleitschicht auch in Form einer entsprechend vorbereiteten, geeigneten Gleitfolie oder Gleitgewebe aufgebracht werden.
Auf diese erste Faserschicht 20 wird sodann eine zweite Schicht 21 von in Epoxidharz getränkten Glasfasern aufgewickelt, die im ausgehärteten Zustand eine Tragschicht ausbilden. Dabei werden die Glasfasern unter gesteuerter Vorspannung im Kreuzverbund (unter ca. 45° zur Wickeldornlängsachse) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Außendurchmessers, der größer als die radiale Ausdehnung der Trennscheiben 3 und Abstützelemente 3' ist, gewickelt.
Nach Erreichen einer vorgegebenen Wickeldicke des Wickelkörpers 22 wird der Wickelvorgang beendet und der entstandene Wickelkörper 22 durch Erhitzen ausgehärtet. Anschließend wird er radial bis auf den Außenumfang der Abstütz¬ elemente 31 und Trennscheiben 3 über die gesamte Länge des Wickelkörpers 22 mit einer Schleifscheibe 24 abgeschliffen (Fig. 2), wodurch die Formkörper 17 ihr radiales Sollmaß erhalten und dabei auch zugleich gegenseitig vereinzelt werden.
Nun wird auch die axiale Verspannung des Wickeldorns 5 gelöst, wonach die Formkörper 17 von den Abstützelementen 31 und Trennscheiben 3 getrennt werden können und die Radialgelenklager als fertige Einzelteile 23 vorliegen.
Eine zusätzliche Nacharbeitung der so gefertigten Radial-Gelenklager ist nicht mehr erforderlich, da die Formhülsen 2 als konstruktive Elemente, nämlich als Innenringe, in den sie umgebenden Außenringen aus gehärtetem, faser¬ verstärktem Kunstharz verbleiben, wobei die als Gleitschicht ausgelegte erste Wickelschicht 20 gegenüber der jeweils zugewandten Formhülse 2 verdrehbar ist.
Die so erzeugten Radial-Gelenklager weisen den Vorteil einer nahezu völligen Wartungsfreiheit sowie bester Korrosionsbeständigkeit, weiterhin ein günstiges Gewicht und günstige Gleiteigenschaften (niedrige Reibzσhl) zwischen Innen- ring und Außenring, ferner eine große Schmutzunempfindlichkeit sowie eine hohe Stoß- und Schlagfestigkeit und allgemein eine sehr gute Belastbarkeit αut
Nachfolgend wird ein Beispiel für die Herstellung von Kugelbuchsen-Gelenk- lagern einer Lagerbreite von 18 mm und eine Breite der aufgenommenen Stahl¬ buchse von 22 mm beschrieben:
Für die Herstellung werden 32 Formhülsen in Form von Kugelbuchsen mit einem Kugelradius von 40,7 mm in Verbindung mit Distanzringen auf einen Wickeldorn von 30 mm Durchmesser aufgesetzt und mittels einer Spannmutter axial gegeneinander verspannt. Zuvor waren Dorn, Kugelbuchsen und Distanz¬ ringe sorgfältig gereinigt worden. Die Oberflächen der Kugelbuchsen und der Distanzringe werden anschließend mit einem- geeigneten Trennmittel . behandelt. Der Außendurchmesser (47 mm) der Distanzringe entspricht den gewünschten Außendurchmessern der herzustellenden, auf den Kugelbuchsen aufsitzenden
Formkörper in Form von Kugelringen. Die Breite der Kugelringe und damit die Lagerbreite (18 mm) wird durch seitlich an den Distanzringen angebrachte ebene radiale Flächen festgelegt.
Beim Wickelvorgang wird die Kugelbuchse (bestehend aus einer Gleitschicht und einer Tragschicht) gewickelt. Die Gleitschicht besteht dabei aus PTFE-Verbundfäden, nämlich aus PTFE-Fasern, die mit Polyamid-Fasern (etwa aus dem Werkstoff DACRON der Firma Dupont) verdrillt sind und eine Endtexturierung von 660 den aufweisen. Diese PTFE-Verbundfäden werden mit einem Epoxidharz auf Toluol-Basis (SINOTHERM 4301 der Firma
Hüttenes-Albertus) getränkt, das mit einem Zusatz von 12,5 Gew.-% Natur¬ graphit (wie er unter dem Handelsnamen Atoin 3033 im Handel erhältlich ist), versehen ist. Die so mit Epoxidharz getränkten PTFE-Verbundfäden werden anschließend mit einer konstanten Fadengeschwindigkeit von 48,73 m/min auf die Kugelbuchsen aufgewickelt. Anschließend erfolgt ein Antrocknen in einem
Durchlauf ofen während 20 min. bei 1 10° C.
Hiernach wird die Tragschicht aufgewickelt. Dazu werden Glasfaserfäden einer
Texturierung von 1.200 den, die ebenfalls mit einem Epoxidharz auf Toluol-Basis (SINOTHERM 4301 der Firma Hüttenes-Albertus, aber ohne
Zusatz von Naturgraphit) getränkt wurden, in einem Kreuzverbund mit 60° Wickelwinkel bei einer gleichmäßigen Wickelgeschwindigkeit von 48,73 m/min. aufgewickelt. Nach Erreichen des gewünschten Außendurchmessers (47 mm) wird anschließend noch eine geschlossene weitere Wickellage übergewickelt, um einen Verbund der einzelnen Teile zwischen den Distanzringen herzustellen, wobei ein Übermaß von ca. 1-2 mm gewickelt wird. Anschließend erfolgt ein kurzes Antrocknen in einem Durchlaufofen, wonach sich eine. Aushärtung in einem Aushärteofen während 90 min. bei 90° C anschließt.
In einem anschließenden Bearbeitungsvorgang wird das ausgehärtete Verbund¬ rohr auf einem Schleifdorn auf Kugelbuchsen-Fertigmaß (47 mm) abgeschliffen. Nach dem Lösen der Spannmutter können anschließend die einzelnen Gelenk¬ lager und Distanzringe vom Schleifdorn abgenommen werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunstharz-Formkörper, bei dem kunstharzgetränkte Fasern auf einen Wickeldorn aufgewickelt werden und der so erzeugte Wickelkörper durch Erhitzung ausgehärtet sowie anschließend bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formhülse (2) bzw. mehrere jeweils durch eine Trennscheibe (3) getrennte Formhülsen (2) und als beidseitiger axialer Abschluß Abstützelemente (31) auf eine Drehwelle (1 ) auf¬ gezogen und auf dieser axial drehfest zu einem Wickeldorn (5) gegeneinander verspannt werden, anschließend die kunstharzgetränkten Fasern bis zu einer radialen Dicke des Wickelkörpers (22), die größer als die radiale Erstreckung der Abstützelemente (31) bzw. der Trennscheiben (3) ist, zwischen den Abstütz¬ elementen (3') auf den Wickeldorn (5) aufgewickelt werden, sodann der Wickel¬ körper (22) nach seinem Aushärten radial zwischen den Abstützelementen (31) bis auf die Ausdehnung der Trennscheiben (3) bzw. der Abstützelemente (31), falls keine Trennscheibe (3) vorhanden ist, abgearbeitet und die Verspannung gelöst wird und sodann der bzw. die einzelnen, voneinander getrennten Form¬ körper (17) von der Drehwelle (1 ) abgezogen wird/werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Er¬ streckung der Abstützelemente (31) und Trennscheiben (3) gleich groß ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz mehrerer Formhülsen (2) die radiale Erstreckung der Abstützelemente (3') größer als die der Trennscheiben (3) ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die kunstharz¬ getränkten Fasern in einem regelmäßigen Wickelverbund aufgewickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die kunstharzgetränkten Fasern unter gesteuerter Vorspannung im Kreuzverbund aufgewickelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Erzeugung von Lagern auf den Wickeldorn zunächst eine erste Schicht von Fasern, die in einem mit festen Schmiermitteln angereichertem Kunstharzbad getränkt sind, zur Ausbildung einer Gleitschicht und sodann eine zweite Faserschicht zur Ausbildung einer Tragschicht aufgewickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausbildung der Gleitschicht mit hochfesten Verstärkungsfasern verdrillte gereckte PTFE-Fasern eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Formhülsen (2) mit einer sphärischen Außenfläche (7) eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abziehen der Formkörper (17) von der Drehwelle (1 ) die Formhülsen (2) jeweils als konstruktives Element in den Formkörpern (17) belassen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß di radialen Umfangsflächen (7) der Formhülsen (2) als Gleitflächen ausgebildet sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die radiale Umfangsfläche der Formhülsen (2) vor dem Aufwickeln der kunstharzgetränkten Fasern eine Gleitfolie (20) aufgebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Seitenflächen (13) der Trennscheiben (3) und Abstützelemente (3') die axialen Endflächen (16) und Konturen der Formkörper (17) festlegen.
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