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DE2753568A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten kunststoffkoerpern - Google Patents

Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten kunststoffkoerpern

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Publication number
DE2753568A1
DE2753568A1 DE19772753568 DE2753568A DE2753568A1 DE 2753568 A1 DE2753568 A1 DE 2753568A1 DE 19772753568 DE19772753568 DE 19772753568 DE 2753568 A DE2753568 A DE 2753568A DE 2753568 A1 DE2753568 A1 DE 2753568A1
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DE
Germany
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ring
fibers
sections
reinforced plastic
shaft
Prior art date
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Granted
Application number
DE19772753568
Other languages
English (en)
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DE2753568C2 (de
Inventor
Herbert Heissler
Karl Heinz Schaab
Horst Dipl Ing Dr Wurtinger
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.)
MAN Ceramics GmbH
Original Assignee
MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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.)
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Publication date
Application filed by MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG filed Critical MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Priority to DE2753568A priority Critical patent/DE2753568C2/de
Priority to US05/961,595 priority patent/US4221623A/en
Priority to FR7833466A priority patent/FR2410547A1/fr
Priority to GB7846471A priority patent/GB2011308B/en
Priority to CH1222078A priority patent/CH634775A5/de
Publication of DE2753568A1 publication Critical patent/DE2753568A1/de
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Description

2Y535Ö8
MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft
München, den 22. November 1977
Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffkörpern unregelmäßiger Geometrie, mit annähernd parallel zur Außenkontur des Körpers verlaufenden Fasern.
In der Faserkunststoff-Bauweise (FK-Bauweise) werden die Fasern zur Erlangung einer erwünschten Steifigkeit oder Festigkeit mit vorbestimmten Orientierungen eingebaut.
Eine weitere Betrachtung der FK-Bauweise entsteht bei Körpern aus miteinander verklebten Bauteilen von unterschiedlichen, mechanischen Eigenschaften. Bei der Kraftübertragung von Normalkräften, Biegemomenten - zwischen den miteinander verklebten Bauteilen, treten nämlich bei zu großen Steifigkeitssprüngen an den Übergangsstellen hohe Spannungs-
7.1729 - 3 -
90982 3/0203
spitzen (Flächenpressung, Schubspannungen) auf. Diese Spannungsspitzen können abgebaut werden, indem man die Querschnitte der Bauteilenden jeweils verjüngt (Schäftung).
Derartige Probleme treten beispielsweise bei in FK-Bauweise hergestellten Hüftendoprothesen auf, wo sich solche Übergangsstellen zwischen Knochen und Prothesen-Schaft sowie Schaft und einem mit diesen verbundenen Metallkopf ergeben. Eine Querschnittsverjüngung ist hierbei jedoch nur am Übergang Metallkopf-Schaft sowie Schaftspitze-Knochen möglich, jedoch nicht an der Knochenschnittstelle. Um auch hier den Steifigkeitssprung zu reduzieren, muß der Schaft hier relativ steif ausgebildet sein. Dieses kann beispielsweise durch einen inneren unidirektionalen Aufbau des Verbundes zur Aufnahme der Normalspannungen und einer diesen umschließenden Schale mit schräg verlaufenden Fasern zur Aufnahme des Querkraft- und Torsionssehübes erreicht werden.
Die Herstellung derartiger Körper bereitet jedoch noch relativ hohe Schwierigkeiten. Z. B. lassen sich Bauteile, wie der innere Verbund des Schaftes, bei dem die Faserrichtung jeweils parallel zur Außenkontur des Schaftes verlaufen sollte nur sehr schwer mit optimal gerichteten Fasern herstellen, zumal sich aufgrund der nicht konstanten Schafthöhe zwangsläufig Abstufungen der Faserlagen entlang der Schaftachse ergeben.
22.11.1977 - 4 -
909823/0203
Für derartige Fälle wird im allgemeinen das Pressverfahren angewandt, bei dem die Fasern in eine Form eingelegt werden. Das Einlegen der Fasern ist aber sehr aufwendig und außerdem können die Fasern danach beim Pressen sehr leicht verschwimmen, so daß kein reproduzierbarer Lagenaufbau gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Verbundkörper mit unregelmäßiger Geometrie mit möglichst genau gerichteten Fasern hergestellt werden können.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit den Fasern ein Ring gewickelt wird, dessen Kontur abschnittsweise Konturenteile des herzustellenden Körpers entsprechen, und daß diese Abschnitte anschließend herausgetrennt und schließlich miteinander zur Bildung des Körpers zusammengefügt werden.
Mit diesem Verfahren lassen sich nun auch Körper beliebiger Geometrie mit dem bewährten Wickelverfahren herstellen.
Die Außenkonturen von den zu wickelnden Körperabschnitten werden hintereinander auf einen entsprechenden Ring projiziert, der durch die zu wickelenden Faserlagen mit herkömmlichen Wickelmethoden entsprechend gebildet wird.
22.11.1977 - 5 -
909823/0203
Die so entstandenen im Ring enthaltenen Körperteile werden dann herausgeschnitten und gegebenenfalls teilweise nachgeformt und miteinander verklebt derart, daß ursprüngliche Außenkonturen der Ringteile die Außenkontur des fertigen Körpers bilden. Auf diese Weise wird die Parallelität zwischen Fasern und Körperoberfläche automatisch als Folge des Wicklungsergebnisses hergestellt und zwar mit hoher Genauigkeit.
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel eine Endoprothese für ein Hüftgelenk dargestellt, an Hand dessen das Verfahren im folgenden näher beschrieben wird.
Die Endoprothese besteht aus einer Gelenkspfanne 10 und einer mit dieser zusammenwirkenden Gelenkkugel 11. Die Gelenkkugel 11, die im allgemeinen aus Metall hergestellt wird, ist über einen Metallkopf 12 mit einem Schaft 13 verbunden. Der Schaft 13, der in die Knochenhöhle eines Gliedknochens eingesetzt wird, ist ein auf Längsdruckkraft, Biegung, Querkraft und Torsion belasteter Träger. Um diesen Belastungen gerecht zu werden und die Steifigkeit des Schaftes an den Knochen weitgehend anzupassen, wird der Schaft vorzugsweise in FK-Bauweise hergestellt und mit« längsgerichteten sowie schräg, beispielsweise um +.45° zur Schaftachse verlaufenden Faserlagen ausgebildet.
22.11.1977 - 6 -
909823/0203
Die in der Zeichnung dargestellten längsgerichteten Fasern 14 sollten weitestgehend parallel zur Außenkontur 15, 16 des Schaftes 13 verlaufen. Dabei ergibt sich, wie es in der Zeichnung deutlich zu sehen ist, eine Abstufung der Lagen entlang der Schaftachse 17. Dieser Längsverbund wird dann mit einer Lage schräger Fasern umwickelt. Diese äußere Verbundlage stellt keinen Erfindungsgegenstand dar und ist der Übersichtlichkeit halber nicht in der Zeichnung dargestellt.
Um den Längsverbund herzustellen, wird im Falle des Prothesenschaftes 13 die Geometrie der zwei Schafthälften 21, 22, die sich durch einen Längsschnitt durch die Achse 17 ergeben, auf einen Ring projiziert.
In der Fig. 2 ist ein derartiger Ring 20 dargestellt, der jeweils zwei von den Schafthälften 21 bzw. 22 enthält. Der Ring 20 wird im normalen V7ickelverfahren gewickelt. Nach dem Aushärten werden die Gurtteile 21 und 22 herausgeschnitten und an den Enden zur endgültigen Formgebung mechanisch bearbeitet.
Die zur Verdeutlichung der Gurtteile gestrichelt gezeichneten Ringzwischenabschnitte 2 3 entfallen als Verlustmaterial. Die Innenfläche einer Hälfte 21 wird dann mit der Außenfläche der Hälfte 22 verklebt derart, daß die Konturen 16 und 15 die Außenfläche des fertigen Schaftes bilden und damit die
22.11.1977 -I-
909823/0203
-·7 - 2753S68
Fasern 14 den erwünschten Verlauf parallel zur Körperoberfläche erhalten.
Dieses Verfahren ist geeignet, Verbundkörper für alle technischen Gebiete herzustellen, wobei je nach Geometrie des zu herstellenden Körpers dieser aus zwei oder mehreren entsprechend geformten Teilen zusammengesetzt werden muß. Je nach Bedarf kann der Ring 20 ebenfalls mit einem oder mehreren Teilepaaren aufgebaut werden.
7.1729
22.11.1977
909823/0203

Claims (1)

  1. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
    Aktiengesellschaft
    München, den 22. November 1977
    Patentansprüche
    1. Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff körpern unregelmäßiger Geometrie, mit annähernd parallel zur Außenkontur des Körpers verlaufenden Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Fasern (14) ein Ring (20) gewickelt wird, dessen Kontur abschnittsweise Konturenteile (15, 16) des herzustellenden Körpers (13) entsprechen, daß diese Abschnitte (21, 22) aus dem Ring herausgetrennt und schließlich miteinander zur Bildung des Körpers zusammengefügt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Körperteile darstellenden Ringabschnitte (21, 22) zur Erlangung der endgültigen Formgebung mechanisch bearbeitet werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgearbeiteten Ringabschnitte (21, 22) miteinander verklebt werden.
    7.1729 909823/0203 - 2 -
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