DE1958066C3 - Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern

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DE1958066C3
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Sigmar Dipl.-Ing. 6238 Hofheim Janes
Kurt 6230 Frankfurt Neumann
Joachim Dipl.-Chem. Dr. 6000 Frankfurt Nixdorf
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GESELLSCHAFT fur KERNVERFAHRENSTECHNIK MBH 5170 JUELICH
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GESELLSCHAFT fur KERNVERFAHRENSTECHNIK MBH 5170 JUELICH
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    • B23K20/04—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a rolling mill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Derartige Wickelkörper in Form von Ringen, Rohren und Behältern, die mit Werkstoffen hoher spezifischer Festigkeit umwikkelt sind, werden beispielsweise für Druckleitungen, beim Leichtinu von Hochdruckbehältern, in der Raumfahrt sowie für Ultrazentrifugen verwendet.
Das gattungsgemäße Verfahren ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung K 3 155 Ib/7b. bekanntgemacht am 25. September 1952, bekannt
Andererseits werden bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Rohren und Behältern aus faserverstärktem Material, vorwiegend Glasfaden in Kunststoffmatrix, die Glasfaden in Kunststoff getaucht, zu den entsprechenden Körpern gewickelt, und anschließend wird die Kunststoffmatrix ausgehärtet.
Bei Verwendung von Metallen als Matrix wird der Faden auf einen entsprechenden Fonnkern gewickelt, und die Fadenzwischenräume werden durch Gieß- und/oder Tränkverfahren mit flüssiger Metallmatrix ausgefüllt Diese Methode kann c fahrungsgemäß nur dann mit Erfolg angewendet werden, wenn praktisch keine chemischen Reaktionen zwischen Fadenmaterial und flüssigem Metall auftreten. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß sich einzelne Fäden — bedingt durch den Wickelprozeß — gegenseitig berühren können, was bei mechanischer Beanspruchung des Formteils zu Fadenbrüchen und damit zur Verminderung der mechanischen Festigkeit des faserverstärkten Bauteiis führt.
Das gegenseitige Berühren der Faser im Verbundwerkstoff kann dadurch verhindert werden, daß die Fäden von dem eigentlichen Formgebungsprozeß zu Formteilen durch geeignete Beschichtung mit der entsprechenden Matrix umhüllt werden. Sollen aus diesen matrixumhüllten Fäden jedoch Formteile hergestellt werden, so ist ein Wickeln Jnd anschließendes Verdichten nur unter Bruch von beschichteten Fäden möglich. Die zum Verdichten notwendigen Wegänderungen sind nämlich so groß, daß die mechanische Festigkeit des Einzelfadens überschritten wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, faser- oder fadenverstärkte Formteile mit einer Matrix herzustellen, derart, daß das Faser- oder Fadenmaterial nicht beschädigt wird oder zu Bruch kommt, daß also ein Formkörper hoher Festigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung von mit einem Metall beschichteten Fäden oder Fasern oder von Matrixmaterial in Form von Folien, Bändern oder dünnem Draht, das mit dem strangförmigen Metall aufgewickelt wird, bei dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein gegenseitiges Berühren der Fasern oder Fäden erfolgreich vermieden. Die oben aufgezeigten Bruchmöglichkeiten werden somit verhindert Andererseits sind die herzustellenden Formkörper durch das Warmwalzen bereits maximal verdichtet. Ein weiteres Verdichten ist nicht mehr erforderlich. Die Formkörper müssen gegebenfalls nach dem Warmwalzen lediglich auf ihre endgültigen Abmessungen gebracht werden. Ein Verdichtungsprozeß ist nicht mehr erforderlich.
Es ist beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, hohe Walzdrücke anzuwenden, so daß nur vergleichsweise niedrige Walztemperaturen erforderlich sind, was wiederum zur Vermeidung oder Verringerung von chemischen Reaktionen zwischen Fäden und Matrix führt.
Weiterhin ist es, was bereits bekannt ist (DT-PS 6 33 137), möglich, durch Schrägstellen einer der zum Warmwalzen erforderlichen Walzen praktisch beliebige Wickelwinkel des Fadens gegenüber der Achse des anzufertigenden Formkörpers einzustellen.
Es folgt eine Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung.
Die Anlage besteht im wesentlichen aus einem Walzenstuhl 1, einer Ober- 2, sowie einer innen oder außen flamm- bzw. elektrisch (Widerstands- oder induktiv) beheiztem Unterwalze 3. Der Antrieb der Walzen kann sowohl manuell als auch über einen Motor erfolgen.
Der Walzdruck kann einmal über ein Laufgewicht 5, zum anderen hydraulisch auf die Walze aufgebracht werden. Über ein Changiergestell 6 werden die aufgespulten Fäden 7 in die Walzen eingebracht. Dabei können sowohl matrixbeschichtete Fäden verwalzt werden, als auch unbeschichtete Fäden, wobei bei letzteren das Matrixmaterial in Form von Folien, Bändern oder als dünner Draht vorliegen kann und gleichzeitig mit dem hochfesten Fadenmaterial zu Formteilen verdichtet wird. Bei der Herstellung von Ringen, Rohren und Behältern kann die Unterwalze als Formteilkern verwendet werden.
Bei Rohren und langen Behältern kann die Druckoder Oberwalze 2 kürzer (schmaler) als die Unter- oder Kernwalze sein. Gleichzeitig mit dem Fadenmaterial führt dann entweder die Druck- oder die Kernwalze eine hin- und hergehende Bewegung über dem zu walzenden Formteil aus.
Die Kernwalze kann an ihrem Umfang mehrere Druckwalzen aufnehmen, so daß gleichzeitig mehrere Fäden und Fadenbündel auf das faserverstärkende Formteil aufgewalzt werden können.
Durch Schrägstellen der Kern- bzw. Druckwalze kann jeder beliebige Wickelwinkel des Fadenmaterials gegenüber der Rohr- bzw. Behälterachse eingestellt werden.
Die Arbeitstemperaturen bei diesem Verfahren liegen z. B. für Leichtmetalle bzw. Leichtmetall-Legierungen im Bereich von 280 bis 5000C, der aufzuwendende Druck zwischen 40 und 100 kp effektiv.
Die fadenförmigen Materialien werden mit Geschwindigkeiten von 5 bis 30 m/min zwischen die Walzen eingebracht.
Beispiel!
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein Ring mit 145 mm Innendurchmesser, 148 mm Außendurchmesser und einer Breite von 20 mm aus Stahlfaden
(Rocket Wire, Fe 98,9% C 0,7-1%), der mit Aluminium beschichtet war, hergestellt. Die Festigkeit dieses Ringes betrug lOOkp/mm3 gegenüber einer Festigkeit des Aluminiums von IO kp/mm2. Die Festigkeit von SpezialStählen kann wohl den Wert von 10Ckp/mm: überschreiten, doch ist die spezifische Festigkeit (Verhältnis von Festigkeit zu spezifischem Gewicht) des beschriebenen Ringes erheblich höher.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern, bei dem auf einen Wickelkern strangförmiges Metall durch Warmwalzen schraubenförmig aufgewickelt und durch Walzen an den Wickelkern angepaßt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung von mit einem Metall beschichteten Fäden oder Fasern oder von Matrixmaterial in Form von Folien, Bändern oder dünnem Draht, das mit dem strangförmigen Metall aufgewickelt wird.
DE19691958066 1969-11-19 1969-11-19 Verfahren zum Herstellen von Wickelkörpern Expired DE1958066C3 (de)

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GB5438170A GB1329293A (en) 1969-11-19 1970-11-16 Process for producing semi-finished or finished products
NL7016912A NL168564C (nl) 1969-11-19 1970-11-18 Werkwijze voor het vervaardigen van een wikkellichaam uit een met vezels of draden versterkte grondmassa.
FR7041601A FR2067389B1 (de) 1969-11-19 1970-11-19

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GB1329293A (en) 1973-09-05
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NL7016912A (de) 1971-05-24
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FR2067389B1 (de) 1973-05-25
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