NO831002L - Fremgangsmaate til fremstilling av fiberforsterkede gjenstander - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av fiberforsterkede gjenstander, og særlig fiberforsterkede gjenstander med en innviklet form.

Fiberforsterkede sammensatte materialer blir i stor grad benyttet for fremstilling av gjenstander av lettveggstypen og med stor styrke. En fremgangsmåte for fremstilling av gjenstander av fiberforsterkede komposittmaterialer er harpiks-sprøytestøpeteknikken. Denne fremgangsmåte omfatter plassering av glassfiberbunter av fiberholdig materiale, som også betegnes som roving i en form med samme ytre form som den gjenstand som skal fremstilles, at formen lukkes og fylles med en herdbar grunnmasse uten vesentlig forstyrrelse av fibrenes plassering og at grunnmassematerialet så herdes.

Symmetriske faste gjenstander blir ofte fremstilt ved harpiks-sprøytestøpeteknikken ved ganske enkelt å plassere fiberroving i et konsentrisk eller spiralformet mønster fra sentrum til omkretsen av formen. Denne anordning er imidlertid ikke hensiktsmessig hvis gjenstanden skal ha en innviklet eller komplisert form, og særlig hvis gjenstanden skal ha et antall åpninger i det fiberforsterkede komposittmateriale. Det er vanskelig å fremstille slike komplisert ,formede gjenstander som ikke har områder mellom åpningene eller andre komplisert . formede seksjoner som har gap i lagene av fibre eller hulrom i grunnmassematerialet. Utleggingen av fibrene i konsentrisk eller spiralformet mønster betyr også at en feil i gjenstanden kan bli forplantet rundt gjenstanden mellom fiberlagene.

Disse vanskeligheter er særlig viktige hvis gjenstanden blir utsatt for alvorlige belastninger. Hvis gjenstanden f. eks. skal utsettes for meget høye rotasjonshastigheter, kan de sentrifugalkrefter som virker på en gjenstand som er utformet av konsentrisk eller skrueviklet anordnede fiberlag føre til at gjenstanden delamineres.

Det er således tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av fiberforsterkede gjenstander, særlig komplisert formede gjenstander, som overvinner eller i hvert fall minimali-serer problemene ved de kjente metoder.

Således er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av fiberforsterkede gjenstander ved harpikssprøytestøping, hvilke gjenstander omfatter to eller flere eker som strekker seg ut fra en navdel, idet hver eke har form av en sløyfe, og fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det fiberholdige materiale er anordnet slik at minst så mange rovinger av fibermatrialet som det er eker forløper i kontinuerlige baner fra navdelen rundt hver av ekene, idet hver av rovingene overlappes over i hvert fall en del av sin lengde av hver av de andre rovinger.

I tillegg til rovingene som utstrekker seg fra navdelen rundt hver eke, kan det være ekstra rovinger anordnet rundt ekene og/eller rundt navdelen.

Materialene for fremstilling av fiberforsterkede gjenstander i henhold til foreliggende oppfinnelse kan f. eks. være kar-bonfibre eller glassfibre, såsom av den type som er kjent som E-glass, og en herdbar grunnmasse, ...såsom epoksyharpiks. Fortrinnsvis er det fiberholdige materiale utformet som vevede bånd eller ark av fibre med fibermassen liggende i en lengde-retning .

En kjerneseksjon kan bindes i navdelen under fremstillingen av gjenstanden. En slik kjernedel kan virke som en formdel under fremstillingen rundt hvilken komposittmaterialet kan støpes. Kjernedelen kan være plast, metall, f. eks. aluminium, eller fiberforsterket plastmateriale, f. eks. glassforsterket plast.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal beskrives ved hjelp av et eksempel hvor det belyses fremstillingen av et hjulkors for et flynjul utformet for rotasjon ved stor hastighet. Oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til tegningenes fig. 1-4. Disse eksempler og tegninger er kun ment som illustrasjon av oppfinnelsen.

Tegningene viser:

fig. 1 et enderiss av en gjenstand fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 et snitt sett fra siden av gjenstanden på fig. 1, hvil-ket snitt er tatt langs en av linjene A-A, B - B eller

C-C,

fig. 3 et enderiss av gjenstanden på fig. 1 og 2, som skjematisk viser en anordning av fiberrovingene,

fig. 4 et enderiss av gjenstanden på fig. 1 og 2, som skjematisk viser en alternativ anordning av fiberrovingen.

Den gjenstand som er vist på fig. 1 og 2 omfatter en navdel

1, fra hvilken det stråler ut tre eker 2, 3 og 4. Hver eke har form av en sløyfe, dvs. hver eke 2, 3 og 4 har en respektiv åpning 5, 6 og 7. Gjenstanden er i det vesentlige symmet-risk om hver av linjene A-A, B-B og C-C på fig. 1 og 2, som viser et snitt langs en respektiv av disse linjer.

Navdelen 1 har en kjernedel, som skjematisk er vist ved 8 på fig. 1 og 2, og som er bundet fast i sentrum av gjenstanden. Kjernedelen 8 omfatter en rørseksjon 9 med en flens 10 og 11 ved hver ende. Kjernedelen 8 er fortrinnsvis bundet i komposittmaterialet til navet 1 under fremstilling av gjenstanden og dannr en del av den ferdige gjenstand. Alternativt kan en kjernedel bli innsatt etter at gjenstanden er blitt fremstilt. Selv om en kjernedel ikke er nødvendig ved visse gjenstander, er det hensiktsmessig i det eksempel som er beskrevet, da gjenstnaden er et hjulkors for flyhjul, og kjernedelen 8 danner en innretning ved hvilken flyhjulet kan monte-res på en aksel (ikke vist).

Hvis kjernedelen 8 er bundet fast i navdelen 1 under fremstilling, kan kjernen virke som en formdel rundt hvilken komposittmaterialet støpes. Kjernedelen 8 kan også benyttes for å hjelpe til ved innsprøyting av grunnmassematerialet, som beskrevet nedenfor.

Som vist på figurene, har den ytre flate av rørdelen 9 en vinkelformet ytre flate, f. eks. en heksagonal, slik at røret låses i komposittmaterialet. Alternative metoder for låsing av kjernedelen 8 til navet 1 kan også benyttes.- Form og dimensjoner for den indre flate av kjerneseksjonen bestemmes av funksjonen for kjernen i den ferdige gjenstand. Gjenstanden som er vist på figurene er et hjulkors for et flyhjul,

og således er den indre flate til rørseksjonen 9 fortrinnsvis utformet for opptak av en aksel (ikke vist). Kjernen kan være av metall, fortrinnsvis et metall med lav spesifikk vekt, såsom aluminium, eller den kan være et komposittmateriale, såsom glassforsterket plast,.eller den kan være ren plast.

Den rørformede seksjon 9 kan ha et antall hull 12, som kan benyttes for forankring av enden av fiberrovingene ved navet eller, som beskrevet nedenfor, kan det benyttes for innsprøyt-ing av grunnmassemateriale i formen under fremstillingen.

Fig. 3 og 4 illustrerer to mulige anordninger av fiberroving eller glassfiberbunter for en gjenstand med tre eker. Rovingene er vist avstandsplassert, slik at viklingsfølgen kan bli mer klart adskilt. I praksis vil lagene bli viklet tett mot hverandre.

Det skal nå betraktes anordningen av fiberroving på fig. 3. Rovingene 16, 17 og 18 vil fortrinnsvis først bli plassert i formen. Disse rovinger er ekstra rovinger som er plassert rundt den indre flate av sløyfene til ekene.. I beskrivelsen av viklingsrekkefølgen vil det bli gitt henvisning til åpningene som betyr plasseringen av åpningene i den ferdige gjenstand. I formen vil plasseringen av åpningene bli opp-tatt av en formdel rundt hvilken fiberroving blir viklet for dannelsen av sløyfeformen for ekene.

Som vist på fig. 3, vikles fibermaterialet mot urviserretning rundt plasseringen av åpningen, slik at rovingen er to lag tykk rundt åpningsstedet.

De tre rovinger 13, 14 og 15, dvs. så mange rovinger som eker, er anordnet slik at de forløper i kontinuerlige baner fra navdelen rundt hver eke, idet hver av de tre rovinger overlappes av de andre to for i hvert f all ..en..del deres lengde. En, ende på hver av de tre rovinger 13, 14rog 15 er fortrinnsvis festet til kjernedelen 8, og enden av rovingen er fortrinnsvis festet i like avstander rundt kjernedelen 8. En egnet fremgangsmåte for fiksering av rovinger til kjernen 8 omfatter legging av fibermaterialet over rørseksjonen 9 og plassering av en bunt av materialet, med benene på bunten ført inn i hullene 12 i rørseksjonen 9. Hvis en kjerneseksjon 8 ikke bindes fast i navdelen under fremstillingen av gjenstanden, kan endene på glassfiberbunten eller rovingen ved navdelen være likt avstandsplassert rundt en formdel i formen.

På fig. 1 og 3 er den ytre flate på rørseksjonen 9 heksagonal i tverrsnitt og er anordnet slik at det er en flate i heksa-gonformen motsatt til hver eke 2., 3 og 4 og mellom hvert par eker. Hver av de tre rovinger 13, 14, og 15 starter ved en av flatene i heksagonet, som ligger mellom et par eker, dvs. tilnærmet 120° fra hverandre.

Selv om rovingene 13, 14, 15 vikles samtidig, vil banene for hver roving 13, 14, 15 være like, og således vil viklingsføl-gen bli beskrevet under henvisning til rovingen som er be-tegnet med 13 på fig. 3.

Utgangspunktet for rovingen 13 er på flaten til det heksagonale rør 9, som ligger mellom ekene 2 og 3 og er plassert mot siden på den flate som er nærmest eken 3, som vist på fig. 3.

Fra startstedet vikles fibermaterialet 13 mot urviserretning rundt den heksagonale ytre flate av rørseksjonen 9. Fortrinnsvis er kantene til heksagonalformen krummet for å for-hindre ødeleggelse av fibrene. Rovingen 13 legges over rør-seksjonen 9 til den når den flate på heksagonet som ligger mellom ekene 2 og 4. Starten på rovingen 14 blir plassert ved denne flatside, og således blir rovingen 13 lagt over rovingen 14 til de når flatsiden på heksagonet som ligger mellom ekene 4 og 3. Starten på rovingen 15 plasseres ved denne flatside. Rovingen 13 blir så viklet i urviserretning rundt stedet for åpningen 6 i eken 3. Således vil lagene av rovingen 17 rundt åpningen 6 bli innesluttet av rovingen 13. Rovingene 14 og 15 ligger over rovingen 13 rundt utsiden av eken 3. Rovingen 13 blir så viklet i urviserretning rundt ekene 4 og 2. Rundt eken 4 legges rovingen 13 overlappet av rovingen 14,og rundt eken 2 er rovingen 13 det ytre lag. Rovingen 13 ender ved den ytre flate av gjenstanden ved et sted nær basis for eken 2 og mellom ekene 2 og 3.

Hver av de to rovinger som starter ved kjerneen har en tilsvarende viklingsfølge. Således vil hver av de tre rovinger 13, 14 og 15 danne det yrre lag rundt en eke,og overlappes av en av de andre rovinger rundt en andre eke og overlappes av begge andre rovinger ved en tredje eke. Dessuten vil hver av rovingene 13, 14 og 15 omslutte de ekstra rovinger rundt en av stedene for åpningene 5, 6 og 7, dvs. roving 13 omslutter roving 17 rundt åpningen 6, roving 14 omslutter roving 16 rundt åpningen 5, og roving 15 omslutter roving 18 rundt åpningen 7.

Hvis man betrakter den alternative anordning av fibre, som er vist på fig. 4, er fiberrovingene 19, 20 og 21 plassert rundt stedene for åpningene 5, 6 og 7 på samme måte som for rovingene 16, 17 og 18 i viklingsfølgen vist på fig. 3, dvs. rovingene vikles mot urviserretning rundt stedet for hver åpning, slik at det er to lag av fibre rundt hver åpning.

De tre rovinger 22, 23 og 24 er anordnet slik at de utstrekker seg i kontinuerlige baner fra navdelen 1 rundt ekene, idet hver roving overlappes av hver av de to andre for i hvert fall en del av sin lengde. En ende på hver roving er festet til rørseksjonen 9, idet de festede ender er plassert i like avstander rundt rørseksjonene 9.

Selv om rovingene 22, 23 og 24 vikles samtidig, vil banen for hver roving 22, 23 og 24 være lik, og således vil viklings-følgen, vist på fig. 4, bli beskrevet med henvisning til rovingen nummerert med 22.

Starten på rovingen 22 er på flatsiden til den heksagonale rørseksjon 9, som er motsatt eken 2. Starten på rovingen anbringes mot høyre på f latsiden, .jsom vist på fig. 4. Fra startstedet blir fibermaterialet viklet mot urviserretning rundt den heksagonale ytre flate på rørseksjonen 9. Rovingen 22 legges over rørseksjonen 9 til den når startpunktet for rovingen 23, som er ved enden av flatsiden på den heksagonale seksjon, motsatt til eken 4. Rovingen 22 legges over rovingen 23 til de når startpunktet for rovingen 24 ved enden av flatsiden på heksagonet, motsatt til eken 3. Rovingene 22

og 23 overlapper begge rovingen 24 til de når basis for eken 2. Rovingen 22 blir såwiklet mot urviserretning rundt eken 2 liggende over rovingen.19. Rovingene 23 og 24 ligger over rovingen 22 rundt utsiden av eken 2. Rovingen 22 blir så viklet mot urviserretning rundt ekene 4 og 3. Rundt eken .4 overlappes rovingen 22 av rovingen 24, og rundt eken 3 er rovingen 22 det ytre lag. Rovingen 22 ender ved den ytre flate av gjenstanden ved et sted nær basis av eken 3 mellom ekene 3 og 2.

Hver av de andre to rovinger 23 og 24 har en tilsvarende vik-lingsf ølge. Således vil hver av de tre rovinger 22, 23 og 24 danne det ytre lag rundt en eke, overlappes av en av de to andre rovinger rundt den andre eke og overlappes av begge de andre rovinger over en tredje eke.

Således vil viklingsfølgene, vist på fig. 3 og 4, gi en anordning med overlappende rovinger i samsvar med oppfinnelsen. Ved viklingsfølgene som er vist, er det fem lag fibre over gjenstanden. Det skal imidlertid forstås at spesielle anordninger, slik som vist på figurene, er rene eksempler, og at alternative anordninger er mulige og at den samme metode .kan benyttes for anordning av fiberroving for fremstilling av gjenstander med forskjellig antall fiberlag og/eller et annet antall eker. Spesielt skal det bemerkes at uttrykket i urviserretning og mot urviserretning bare er benyttet i samsvar med figurene og ikke medfører en begrensning av oppfinnelsen.

Alternative viklingsfølger innenfor oppfinnelsen innbefatter anordninger ved hvilke:

1) ekstra rovinger er innbefattet ved navdelen,

2) ekstra rovinger ved åpningene til ekene .'(16, .17 .og .18

på fig. 3 eller 21., 22.og 23 på fig. 4) utelates

3) ekstra rovinger er innbefattet mellom rovingene som utstrekker seg fra navet rundt ekene, 4) antall fiberlag varierer ved forskjellige steder i gjenstanden, slik at f. eks. navet kan ha en større tykkelse

ved fiberforsterket materiale enn ekene,

5) i stedet for å avslutte de ekstra rovinger rundt åpninge-_ ne, som vist på fig. 3, (16, 17 og 18) og fig. 4 (21, 22 og 23), fortsettes disse rovinger å bringes sammen med en roving som utstrekker seg fra navet rundt ekene (13, 14 og 15, eller 24, 25 og 26) for dannelsen av en roving som er to lag tykk.

'Fortrinnsvis blir fiberrovingene strukket før de bindes i grunnmassen. Dette strekk kan utøves under viklingsfølgen ved bruk av valser eller staver for å holde rovingene på plass, f. eks. mot kjernedelen. Alternativt kan selve formen

bli utformet for å skyve fiberrovingene mellom ekene mot sentrum av gjenstanden og derved strekke fiberrovingene, som føres rundt ekene.

Etter å ha lagt ut fibrene i formen, blir formen lukket og herdbar grunnmasse sprøytet inn i formen. Sprøytepunktet eller punktene bør velges slik at grunnmassematerialet strøm-mer gjennom formen og etterlater et minimum av hulrom og uten vesentlig å forstyrre anordningen av fiberlagene.

Fortrinnsvis sprøytes grunnmassen inn fra sentrum av gjenstanden. Som nevnt ovenfor kan det være hull i metallrørsek-sjonen i kjernen gjennom hvilke grunnmassen kan bli sprøytet inn i formen. Antall, størrelse og plassering av hullene velges for å gi en jevn fordeling av grunnmassen. For den tresløyfede gjenstand som er vist på figuren, er de fore-trukkede steder for hullene i flatsiden av heksagonet. Fig. 1 og 2 viser en anordning med en linje av hull 12 langs sentrum på hver flatside. Fortrinnsvis er et stort antall små hull anordnet rundt rørseksjonen 9 i stedet for et lite antall store hull.

Grunnmassen sprøytes inn langs sentrum av rørseksjonen 9 og ut gjennom hullene 12 til formen er full. Grunnmassen blir så herdet og gjenstanden fjernet fra formen.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for fremstilling ved hjelp av har-pikssprøytestøping av gjenstander av fiberholdig .materiale som er bundet i en herdbar grunnmasse, hvilke gjenstander omfatter to eller flere eker som rager ut fra en navdel, idet hver eke har form av en sløyfe, karakterisert ved at det fiberholdige materiale er anordnet slik at minst så mange fiberbunter eller roving av fiberholdig materiale som det er eker forløper i kontinuerlige baner fra navdelen rundt hver av ekene, idet hver av rovingene er overlappet over i hvert fall en del av sin lengde av hver av de andre rovinger.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at rovingene som utstrekker seg fra navdelen rundt ekene vikles i én retning rundt stedet for navdelen og så i motsatt retning rundt ekene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at rovingene som utstrekker seg fra navdelen rundt ekene vikles i samme retning rundt stedet for navdelen og rundt ekene.

4. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at endene på rovingene ved navdelen anbringes likt avstandsplassert rundt navdelen.

5. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at ekstra rovinger av fiberholdig materiale anordnes rundt innerflaten til sløyfene til ekene.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at ekstra rovinger av fiberholdig materiale anordnes rundt navdelen.

7. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at en kjerneseksjon bindes i navdelen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det som kjernedel anvendes en rørseksjon med en flens ved hver ende.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at det som kjernedel benyttes en fremstilt av metall, plast eller fiberforsterket plast.

10. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-9, karakterisert ved at det fremstilles en gjenstand med tre eker.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at det anvendes tre rovinger som utstrekker seg fra navdelen rundt ekene.

12. Hjulkors, karakterisert ved at det omfatter en navdel og to eller flere eker som utstrekker seg fra navdelen og er fremstilt i samsvar med fremgangsmåten ifølge krav 1.