CH370557A - Verfahren zur Herstellung von Körpern mit erhöhter Festigkeit - Google Patents

Description

  Verfahren zur     Herstellung    von Körpern mit erhöhter Festigkeit    Es gibt viele Werkstoffe, die in     einer        Hinsicht          ganz    besonders gute Eigenschaften     haben,    z.

   B.     Holz     in bezug auf das Aussehen, Aluminium in     bezug        auf     das leichte Gewicht, Gips und Zement     in    bezug auf  die hohe Druckfestigkeit, Pappe und andere Zellu  losen in bezug auf leichtes Gewicht und     leichte    Ver  arbeitungsmöglichkeit,     Kunststoff    und aufgeschäum  ter     Kunststoff    in     bezug    auf seine hohe Isolations  fähigkeit und vieles anderes mehr.

   Die Verwendung  derartiger Werkstoffe ist aber begrenzt, wenn aus  ihnen Körper geschaffen werden     sollen,    die in ande  rer     Hinsicht    einer grösseren Beanspruchung, insbeson  dere auf Biegung Stand     halten    sollen. Muss aber     ihre     Verwendung aus den vorerwähnten typischen Eigen  schaften heraus     erfolgen,    so war man bisher     gezwun-          gen,    sie mit anderen Bauelementen konstruktiv zu  verbinden und letztere dabei so     anzuordnen,    dass  diese die Biegebeanspruchungen aufnahmen.

   Der  artige Verbindungen setzen meistens     komplizierte     Konstruktionen, wesentlich grösseren Raumbedarf  und auch erheblich erhöhtes Gewicht voraus.  



  Nach der     Erfindung    wird nun ein neues Ver  fahren aufgezeigt zur     Herstellung    von Körpern mit  gegenüber ihrem Grundwerkstoff erhöhter Festig  keit, wobei nur ein     verschwindend    kleiner Mehr  aufwand an Raum und Gewicht     benötigt    wird. Das  Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass  mindestens eine Folie mit dem Grundwerkstoff ver  bunden wird, wobei die Folie und der Grundwerk  stoff symmetrisch zu einer Mittelebene des Körpers  liegen, das Ganze derart, dass die     Folie    des fertigen  Körpers unter     Vorspannung    steht.

   Um diese     inneren          Spannungskräfte    zu erzeugen, bestehen verschie  dene Möglichkeiten.     Einmal    kann zwecks Erzielung  der     gewünschten        Vorspannung    die Folie     erhitzt    und  in dem durch die     Erhitzung    gedehnten Zustand fest         mit    dem auf Normaltemperatur     befindlichen    Grund  werkstoff, z.

   B. durch einen bei hoher Temperatur  abbindenden Kleber verbunden werden, bevor der  Grundwerkstoff seine     Normaltemperatur    wesentlich       erhöht.        Zum    anderen     kann    auch der Grundwerkstoff  vor der Verbindung     mit    der Folie     tiefgekühlt    wer  den, so dass er sich entsprechend     zusammenzieht.     Oder     die    Folie kann in Richtung     ihrer    Ebene     mecha-          nisch    unter     Zugspannung    gestellt werden, z.

   B. da  durch, dass sie     in    eine handelsübliche     Dehnungs-    oder       Zerreissmaschine    gespannt und so weit gezogen wird,  bis die gewünschte     Dehnung    erreicht ist.     Selbstver-          ständlich    darf weder bei der     Erhitzung    noch bei der  mechanischen Dehnung die     Elastizitätsgrenze    des  Werkstoffes überschritten werden. Kleber, die die       Voraussetzung    für die     Anwendung    bei dem Ver  fahren nach der     Erfindung    besitzen, sind heute be  reits handelsüblich und meist auf Kunststoff- bzw.

         Silikonbasis    hergestellt. Je nach Wunsch gibt es der  artige     Kleber,    die bei Normaltemperaturen oder bei  Temperaturen bis zu mehreren hundert. Grad ab  binden und aushärten. Die     Klebkraft    derartiger Stoffe  ist ausserordentlich hoch, so dass sie, auf die gesamte  in Frage kommende     Fläche        verteilt,    die auftretenden  Kräfte ohne weiteres aufnehmen.  



       Verwendet    man beispielsweise als Grundwerk  stoff     eine        Gipsplatte,    so ist dem     Fachmann    bekannt,  dass     dieser        Werkstoff    eine sehr hohe Druckfestigkeit  und ein gutes     Isoliervermögen    besitzt, anderseits ist  die Biegefestigkeit nur ausserordentlich     klein.    Der       Wärmedehnungskoeffizient    von Gips ist derartig     klein,     dass er bei der folgenden Betrachtung praktisch ver  nachlässigt werden kann.

       Aluminium    besitzt dagegen  einen hohen     Wärmedehnungskoeffizienten,    der bei       einer    Erwärmung des     Aluminiums    von 0 auf 150  C  eine     Längendehnung    um     rund        35/1000o    der ursprüng-      liehen Länge zur Folge hat. Um eine solche Längen  dehnung bei     ss     durch mechanische Kräfte zu erzeu  gen, bedarf es bei einem Querschnitt des Aluminium  körpers von 1     cm2    einer Kraft von rund 2600 kg.  Umgekehrt würde ein     Druck    von<B>2600</B> kg nötig sein,  um bei einer Erwärmung auf 150  die Ausdehnung  des Aluminiums zu verhindern.

   Dabei ist es gleich  gültig, wie der Querschnitt des Stabes sich aufteilt.  Es kann z. B. ein Stab von 1 X 1 cm benutzt wer  den, oder ebenso eine dünne Folie von 500 mm  Breite und     2/1o        mm        Stärke.    Wird nun, wie es nach  der durch die Erfindung gegebenen Regel' geschehen  soll, die oben erwähnte Gipsplatte auf beiden Seiten,  also symmetrisch     zu    einer Mittelebene der Gipsplatte  mit einer     Aluminiumfolie    bedeckt, die 150  besitzt,  während die     Gipsplatte    auf     normaler    Temperatur,  das heisst etwa 18 bis 20      gehalten    wird, und erfolgt  diese Verbindung so,

   dass das Aluminium in gedehn  tem Zustande verbleibt, ohne sich nach der Verbin  dung und Absinken seiner Temperatur auf Zimmer  temperatur wieder zusammenziehen zu können, so  bleiben in seinem     Werkstoff    die     vorerwähnten    Span  nungskräfte in latentem Zustand erhalten. Bis     zu     einem gewissen Grade werden sich diese Zugkräfte  dadurch     auswirken,    dass der Grundwerkstoff zusam  mengedrückt wird. Dies jedoch nur insoweit, bis ein  innerer Gleichgewichtszustand eingetreten ist. Dieser  Gleichgewichtszustand hängt     selbstverständlich    von  der Eigenschaft des Grundwerkstoffes ab-.

   Bei Grund  werkstoffen mit geringer     innerer    Stabilität können an  dere Wege eingeschlagen werden, die später noch       erörtert    werden sollen. Wird nun bei dem erwähnten  Beispiel eine Gipsplatte von bestimmter     Stärke    und  beispielsweise     einerBreite    von     500mmmit        einerAlu-          miniumfolie        gleicher    Breite von     2/1o        mm    Stärke in der  beschriebenen Weise beidseitig belegt,

   so sind bei der  hohen Druckfestigkeit der Gipsplatte und ihrer     ver-          nachlässigbar        kleinen        Wärmedehnung    in jeder     Folie     etwa 2600 kg oder in beiden zusammen 5200 kg Zug  kräfte vorhanden. Diese grossen     Kräfte    wirken einem  auf die Platte .ausgeübten Moment entgegen und  kompensieren die     Biegekräfte        weitestgehend.     



  Es ist nach der Erfindung auch nicht in allen Fäl  len     erforderlich,    den Grundwerkstoff auf     Normal-          temperatur    zu halten und die Folien     zu    erhitzen, son  dern es besteht auch die Möglichkeit, Folie und  Grundwerkstoff     gleichmässig    auf eine hohe Tempera  tur     zu    bringen und bei dieser fest miteinander     zu    ver  kleben. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass der  Werkstoff der Folien einen wesentlich grösseren       Wärmeausdehnungskoeffizienten        besitzt    als der  Grundwerkstoff.

   Als Beispiel     hierfür    mag eine Glas  faserplatte und eine     Zinn-Zink-Legierungsfolie    die  nen. Bei der Abkühlung einer derartigen Verbund  platte ist die Folie weit mehr bestrebt, sich wieder       zusammenzuziehen,    als die     Glasfaserplatte,    so dass in  erkaltetem Zustand in der     Zinn-Zink-Folie    eine er  hebliche     Vorspannung    verbleibt.  



  Eine weitere Möglichkeit     zur    Durchführung des  Verfahrens nach der     Erfindung    ergibt sich auch,    wenn als Grundwerkstoff ein thermoplastischer Kunst  stoff in Pulverform verwendet wird. Hierbei kann  die     Erhitzung    des Kunststoffes und die erforderliche  Pressung mittelbar über die aufzubringenden Folien  erfolgen. Beide werden sodann unter Erhaltung des       Pressdruckes    unter die     Erhärtungstemperatur    des  Kunststoffes wieder abgekühlt, wobei sich die     Folien     gleichzeitig mit dem Kunststoff fest verbinden.

   Wie  in der Kunststoffertigung üblich, wird dabei die  Menge des Kunststoffpulvers so gewählt, dass nach  dem     Pressvorgang    und Erhärtung des Kunststoffes  die     gewünschte    Plattenstärke vorhanden ist. Infolge  der sehr     erheblichen    Differenz zwischen den Wärme  dehnungskoeffizienten des     Kunststoffes    und der auf  gebrachten Folie, z.

   B. aus Aluminium, verbleibt  nach     Erkaltung    in den Folien wiederum die ge  wünschte     Vorspannung        erhalten.    Bei dieser Art des  Verfahrens ergibt sich auch die Möglichkeit, die  Folien zunächst galvanisch auf beliebig geformte       Matrizen        aufzubringen,    diese sodann zu     erhitzen    und       als        Presswerkzeuge    für den thermoplastischen Kunst  stoff zu benutzen. Bei der Erhärtung des Kunststoffes  verbinden sich die Folien derart fest mit ihm, dass  sie sich beim Abnehmen der als     Presswerkzeuge    die  nenden     Matrizen    von letzteren leicht abheben.

    



  Von sehr grosser Bedeutung ist das     Verfahren     nach der Erfindung auch in solchen Fällen, in denen  man aus technischen Fabrikationsgründen nur Kör  per oder Platten von sehr geringen Ausmassen her  stellen kann, anderseits aber grossflächige Platten  dieses Stoffes verwenden     möchte,    die eine aus  reichende     Stabilität    und Biegefestigkeit besitzen. Auch  in diesen.

   Fällen können als Grundwerkstoff einzelne  satt aneinandergelegte Platten gleicher Dicke be  nutzt werden, die in der vorgeschriebenen Weise  durch aufgelegte Folien fest miteinander verbunden  werden     und    damit in ihrem Verband eine ausser  ordentlich grosse Biegefestigkeit erhalten, wobei je  weils die Folien und der Grundwerkstoff symmetrisch       zu    einer Mittelebene des Körpers liegen.  



  Wie bereits eingangs erwähnt, kann zur Erreichung  der gleichen Wirkung in derselben Weise auch eine  Folie zwischen zwei gleichen Platten     angeordnet    sein.  Wesentlich ist nur, dass eine symmetrische Anord  nung zu einer     Mittelebene    des     Körpers    gewahrt bleibt.  In     logischer    Folgerung ergibt sich im weiteren die  Möglichkeit, eine Mehrzahl von gleichen Platten und  Folien schichtweise zu einem Paket zu stapeln, selbst  verständlich wieder in Wahrung einer symmetrischen  Anordnung zu einer Mittelebene des Körpers.  



  Die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens  nach der Erfindung auf :allen Gebieten der Technik  sind so zahlreich,     d'ass    es unmöglich ist, alle im einzel  nen zu nennen. Es seien     diaher    im folgenden nur vier       voneinander    sehr verschiedene Anwendungsbeispiele       genannt.    Erstens bei Bauelementen die Herstellung  von Platten aus     Holz,    Gips, Zement oder dergleichen  mit Aluminium oder Eisenfolien. Zweitens in der  Verpackungstechnik die Herstellung von fol.ienbewehr-           ten    Pappen aller Art.

   Drittens in der Kunststoff  industrie die     Erzeugung    von     Kunststoffplatten    und  Körpern der verschiedensten     Ausführung,        viertens    als  Beispiel für die     Zusammensetzung    kleiner Plättchen  zu einer     grossflächigen    Platte die     Verbindung    kleiner  aus     Magneteisenpulver    hergestellter ein- oder beider  seitig wirkender     Magneten    zu einer grossen stand  festen Platte.  



  Wird gemäss     dlem        zweitgenannten    Beispiel eine  einfache 1 mm starke     Pappe    beiderseits mit einer       1/10o    mm starken     Aluminiumfolie    bewehrt, so hat  die     entstandene        Verbundplatte,    abgesehen von ihrer  wesentlich vergrösserten     Oberflächenhärte    bei einer  Stärke von 1,02 mm eine     Steifigkeit    wie     ein    kräf  tiges     Holzbrett.    Oder eine 80 mm starke, beiderseits  mit 0,1 mm Eisenfolie bewehrte Zementplatte eine  Biegefestigkeit,

   die kaum von einer gleich starken  Betonplatte mit Eiseneinlagen erreicht werden kann.  



  Zum Schluss sei noch auf eine weitere Möglich  keit verwiesen, nach welcher nach dem Verfahren       gemäss    der     Erfindung    hergestellte Platten verwendet  werden     können,    um Körper zu verstärken, deren  Werkstoff nicht die erforderliche Festigkeit     .zur    Auf  nahme der     Vorspannungskräfte    besitzt. Als Beispiel  seien Körper aus aufgeschäumtem Kunststoff, die so  genannten     Hartschaumplatten,    genannt.

   Würde man  hier die Folien nach dem eingangs beschriebenen  Verfahren     aufbringen,    so würden die     Zugkräfte    der  Folie .die     innerlich    weiche,     hochporöse        Hartschaum-          platte    so stark     zusammenziehen,    dass die ausserordent  lich hohe Wärme- und Schallisolation dieses Werk  stoffes verlorengeht. Bei derartigen Werkstoffen wer  den zunächst nach dem Verfahren der     Erfindung     zwei dünne Verbundplatten hergestellt, z.

   B. aus einer  1 mm starken     Asbestpappe    oder     Holzpappe    mit auf  gebrachten etwa     5/10o        mm    starken     Aluminiumfolien     und diese beiden fertigen Verbundplatten, die     in    sich  bereits     ausserordlentl'ich    steif sind, werden in kaltem  Zustand auf die     Oberflächen    der     Hartschaumplatte     aufgeklebt.

   Hierdurch erhält die kaum irgendeine  Festigkeit     aufweisende        Hartschaumplatte        eine        Steifig-          keit,    insbesondere     Biegesteifigkeit,    die     annähernd     einem     gleichstarken        Holzbrett    entspricht.  



  Durch das     Verfahren    nach der Erfindung ist es  möglich, ebene und gewölbte Platten aus den ver  schiedensten Werkstoffen     herzustellen,    die bei nur  ausserordentlich wenig gesteigertem Volumen und  Gewicht eine ganz ausserordentlich erhöhte     Festig          keit,    insbesondere Biegefestigkeit, aufweisen, so dass  sich ihrer Verwendung     nm    gesamten Gebiet     dfer        Tech@          nik    völlig neue Möglichkeiten erschliessen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Herstellung von Körpern mit gegen über ihrem Grundwerkstoff erhöhter Festigkeit, da durch gekennzeichnet, dass mindestens eine Folie mit dem Grundwerkstoff verbunden wird, wobei die Folie und der Grundwerkstoff symmetrisch zu einer Mittel- ebene des Körpers liegen, das Ganze derart, dass die Folie des fertigen Körpers unter Vorspannung steht. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei gegenüberliegenden Sei ten des Körpers je eine Folie in stark vorgespanntem Zustand fest auf dem Grundwerkstoff aufgebracht wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung der gewünsch ten Vorspannung die Folie erhitzt und in durch die Erhitzung gedehntem Zustand fest mit dem auf Nor- maltemperatur befindlichen Grundwerkstoff verbun den wird, bevor der Grundwerkstoff seine Normal- temperatur wesentlich erhöht. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I und, Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie müdem Grundwerkstoff durch einen bei hoher Tem peratur abbindenden Kleber verbunden wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund werkstoff vor der Verbindung mit der Folie tief- gekühlt oder in Richtung seiner Achse bzw. Ebene mechanisch unter Druckspannung gestellt wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unter anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund werkstoff einen wesentlich geringeren Wärmedeh- nungskoeffizienten besitzt als die Folie, beide Teile gemeinsam erhitzt und bei Erreichung der gewünscht ten Temperatur miteinander verklebt werden.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I und Unter anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Grund werkstoff ein thermoplastischer Kunststoff in Pulver form verwendet wird, wobei die Erhitzung des Kunst stoffes und die erforderliche Pressung mittelbar über die aufzubringenden Folien erfolgt, und beide so dann unter Erhaltung des Pressdruckes unter die Er härtungstemperatur des Kunststoffes abgekühlt wer den,

   wobei sich die Folien gleichzeitig mit dem Kunst stoff fest verbinden. 7. Verfahren nach Patentanspruch 1 und Unter ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien galvanisch auf Matrizen von gewünschter Form niedergeschlagen, diese sodann erhitzt und als Presswerkzeuge für den thermoplastischen Kunststoff benutzt werden,

   wobei sich nach Erhärtung des Kunststoffes die Folien mit ihm derart fest verbinden, d'ass sie sich beim Lösen der .als Presswerkzeuge die- nenden Matrizen von letzteren abheben. B. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundwerkstoff einzelne satt aneinander gepresste kleine Platten gleicher Dicke benutzt werden. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Vorspannung der Folien auf mechanischem Wege erzeugt wird und die Verklebung von Grundwerkstoff und Folien bei normaler Temperatur erfolgt. PATENTANSPRUCH 11 Verwendung des Erzeugnisses des Verfahrens ge mäss Patentanspruch 1 als Verbundschicht auf Kör- <RTI

   ID="0004.0011"> pern zu deren Verstärkung, welche Körper an sich keine ausreichende Stabilität zur Aufnahme der Span- nungskräfte der Folien aufweisen.