DE2119039A1 - Verbunddrehkopf - Google Patents

Description

Dr. A. Menfesl DipL-lng. VV. Dahike

Re*re«fc bei Köln ¹⁶* ^{ΑρΓΐ1 19?1}

Franl-.2fiibrst 137 Da. -W/K

GOOES PROCELAIN COMPANY Golden, Colorado (V.St.A.)

¹¹ Verbunddrehkopf "

Die Erfindung betrifft einen Verbunddrehkopf hauptsächlich zur Verwendung in der Drahtzieherei.

Bei bekannten Drahtzieharbeiten wird mit einem abgestuft konischen Ziehblock gearbeitet, um den Draht durch die Ziehsteine zu ziehen, so daß die Dicke des Drahtes progressiv verringert wird. Um eine wirkungsvolle Arbeit vornehmen zu können, ist es wichtig, daß die Ziehsteine eine extrem hohe Verschleißfestigkeit haben, und aus diesem G-runde ist es üblich, sie aus einer narten Keramikmasse herzustellen. Sie ist jedoch teuer und hat außerdem andere .Nachteile, insbesondere insofern, als

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harte Keramik zwar eine extreme ausgezeichnete Verschleißfestigkeit hat, aber im Vergleich zu anderen Werkstoffen wie Metall hinsichtlich der Bruchfestigkeit schlechter ist. Keramik ist also extrem hart und folglich verschleißfest, hat jedoch eine relativ niedrige Bruchfestigkeit, neigt also leicht dazu zu brechen. Jede Stufe im abgestuften konischen Ziehblock muß Eandflansche haben, um sicherzustellen, daß der Draht nicht aus dem Absatz herausläuft, und die Eandflansche sind besonders stark bruchgefährdet, weil sie einen ' relativ dünnen Querschnitt haben.

Es ist vorgeschlagen worden, Drahtzieh- Drehköpfe und abgestuft konische Ziehsteine aus einer Seihe von Keramikringen und Metallringen herzustellen, derart, daß die Metallringe die Eandflansche bilden. Da jedoch Wärme durch den Eeibungskontakt des Drahtes erzeugt wird, der gezogen wird, und da Metall und Keramik andere Wärmeausdehnungszahlen haben, ist es bei Metall/ Keramikdrehköpfen und Ziehsteinen bisher fc erforderlich gewesen, einen Abstand zwischen Partien der Metallringe und Partien der Keramikringe vorzusehen, um eine Toleranz für den Unterschied in der Ausdehnung der Werkstoffe während der Arbeit zu schaffen. Das wiederum erfordert recht genaue Passungen und folglich zusätzliche Kosten in der Herstellung.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Drehkopfes, der

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mit relativ geringen Kosten hergestellt werden kann, der jedoch für eine optimale Verschleißfestigkeit zusammen mit
optimaler Bruchfestigkeit sorgt.

Das wird erfindungsgemäß durch einen Verbunddrehkopf erreicht, bei dem mit den Seitenwänden eines harten Keramikrings Ringe aus einem anderen Material verbunden sind, das eine größere Zähigkeit als die Keramik hat. Diese Hinge haben einen größeren Durchmesser als der des Keramikrings, um die erforderlichen Handflansche zu bilden, ürfindungsgemäß sind mindestens die Innenflächen der .Ringe aus dem anderen Material vorzugsweise die Hinge in ihrer Gesamtheit aus einem organischen Harz gefertigt, und die Seitenwände des Keramikrings sind vorzugsweise mit einer stark gebundenen dünnen Ablagerung aus Metall versehen, um damit die Bindefestigkeit zwischen der Keramik und dem organischen Harz zu erhöhen. Der Keramikring ist vorzugsweise mit Öffnungen verseilen, die durch ihn durchgehen
und die mit dem organischen Harz gefüllt sind, um eine Verzahnung zwischen dem Harz und der Keramik zu schaffen. In
einem Ausführungsbeispiel bewirkt das organische Harz nicht nur die Seitenwände des Keramikrings und ist mit ihnen verbunden, sondern es bedeckt auch die Innenwand oder die Bohrung des Keramikrings und ist damit verbunden.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand von Ausführungs-

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beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Schnitt durch einen abgestuft konischen

Ziehstein aus Verbunddrehköpfen gemäß der Erfindung, die koaxial auf einer Welle sitzen,

Fig. 2 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 ein Schnitt an der Linie 4-4 der Fig. 4 und

Fig. 5 ein Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 umfaßt der Ziehblock eine Anzahl konzentrischer Verbunddrehköpfe 2, 4, 6, 8, 1o, 12 und 14 mit abnehmendem Durchmesser von links nach rechts gemäß der Darstellung, die auf einer Welle 16 sitzen, wobei ihre flachen Seiten aneinander anliegen. Ein Endstück 17 xiif auf der Welle mit einer Partie 18 mit größerem Durchmesser ist abnehmbar mit der Welle durch eine Schraube 2o verbunden, um ein Abnehmen der Drehköpfe oder irgendeines der Drehköpfe

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von der Welle zu ermöglichen, wenn ein Austausch erforderlich ist. Alle Drehköpfe haben den gleichen Aufbau, abgesehen von dem Unterschied in den Durchmessern, und deshalb erfolgt nur eine ins einzelne gehende Beschreibung des Drehkopfes 2, die natürlich auch für die anderen gilt.

Der Drehkopf 2 umfaßt einen Keramikring 22 mit flachen Seiten, der zwischen Ringen 24 und 26 aus organischem Harz liegt. Die Ringe 24 und 26 haben einen größeren Durchmesser als der Ring 22, um damit sich nach außen erstreckende ringförmige Randflansche 28 und 3o zu bilden, die eine erhöhte Dicke haben und die deshalb die Randpartien 32 und 34 der äußeren peripheren Fläche des Keramikrings 22 bedecken. Die äußere Peripherie des Keramikrings ist mit einer peripheren i\iut 35 versehen. Diese Nut nimmt den Draht auf, der gezogen wird, und sie sorgt besser dafür, daß der Draht nicht in Kontakt mit dem organischen Harz gelangt, das die sich radial nach außen erstreckenden Flansche auf beiden Seiten des Keramikrings bildet. Das ist ein vorteilhaftes Merkmal insbesondere in Fällen, bei denen eine optimale Gewähr vor irgendeiner eventuellen Verunreinigung des Drahtes durch reibenden Kontakt mit dem Harz gegeben sein muß.

Gemäß der Erfindung haben die flachen Seiten des Keramikrings 22 und vorzugsweise auch die jeweiligen Randpartien 32 und 34 eine dünne Metallage 36, die damit verbunden ist, und die

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Ringe aus organischem Harz sind mit diesen metallisierten Seitenflächen des Keramikrings verbunden, tfie im nachfolgenden im einzelnen noch zu beschreiben sein wird, erhöhen die dünnen Metallagen jeweils auf den Seitenflächen des Keramikrings die Bindefestigkeit zwischen den organischen Harzringen und der Keramik im hohen Maße. Selbst wenn also der Keramikring während der Arbeit bricht und selbst wenn die Drehzahl hoch ist, wird die Keramik innerhalb des Verbundes gehalten, und zwar aufgrund der·extrem hohen Bindefestigkeit.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die innere periphere Fläche des Keramikrings die innere periphere Fläche des Drehkopfes bildet und bei dem folglich die Keramikringe in Kontakt mit der Welle stehen, kann die ffelle gegebenenfalls mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Keilnut versehen sein, und die Keramikringe können jeweils mit einem sich radial nach innen erstreckenden Vorsprung vorgesehen sein, der in dieKeilnut paßt, so daß die Drehköfpe drehfest mit der Welle verbunden werden. Ein solcher Keilformschluß für die Drehköpfe ist im allgemeinen jedoch nicht erforderlich, da die Drehköpfe in flächige Anlage miteinander aufgrund der Tatsache festgehalten werden, daß das Endstück festgezogen wird, das mit der Welle fest verbunden ist um damit ein Drehen des gesamten Ziehblocks mit der vifelle sicherzustellen.

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Pur die meisten Anwendungsfälle handelt es sich bei der bevorzugtesten Keramik flir die Keramikringe um gesinterte Keramik auf Aluminiumoxidbasis. Keramik auf gesinterter Aluminiumoxidbasis enthält bis zu etwa 85 Gew.-$> Aluminiumoxid. Wenn der Körper auf weniger als 1oo% Aluminiumoxid besteht, können die übrigen Bestandteile irgendwelche anderen Oxide oder Mischoxide oder dergleichen sein, die durch die Wechselwirkung mit Flächenpartien, die das Aluminiumoxid während des Sinterns eingeht, als glasbildende Bestandteile zur Bildung einer Zwischenglasphase oder als Mineralbildner fungieren, um das Kristallkornwachstum des Aluminiumoxides zu bestimmen. Spezielle Beispiele für Keramikmassen und Aluminiumoxidgehaltes, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind die folgenden, wobei die Prozentzahlen auf das Gewicht bezogen sind: 1 oo% Aluminiumoxid; 99,5$ Aluminiumoxid, 0,5% Chromoxid; 94% Aluminiumoxid, 3% Siliziumdioxid, 3% Magnesiumoxid; 9o% Aluminiumoxid, 4% Siliziumdioxid, ;>% Kalziumoxid, 3% Talg, 85% Aluminiumoxid, 1o% Ton, 5% Kalziumoxid.

Solche Ringe hohen Aluminiumoxidgehaltes, die in eine nicht poröse Form gesintert sind, mit einer Dichte von mehr als etwa 3,4 gr. pro Kubikzentimeter, sind extrem hart und verschleißfest im Vergleich zu anderer Keramik.

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'Während gesinterte Keramik auf Aiuminiumoxidbasis wie beschrieben für die Keramikringe aiigemein bevorzugt wird, kann andere Keramik gegebenenfalls verwendet werden. Beispiele für andere Keramik sind gesintertes Zirkoniumoxid, gesintertes Berylliumoxid, Wolframkarbid und Siliziumkarbid, obgleich Keramik auf Aluminiumoxidbasis für den erfxndungsgemäßen Zweck bevorzugt wird, wie das bereits erwähnt worden ist.

Das bevorzugte organische Harz für die Ringe 24 und 26 ist dichtes Polyurethan, obgleich andere organische Harze gegebenenfalls verwendet werden können. Beispielsweise kann hochgradig vulkanisierter und deshalb relativ harter natürlicher oder synthetischer Gummi mit Ruß oder anderen verstärkenden Füllstoffen gegebenenfalls verwendet werden. Als ein anderes Beispiel kann ein Azetalharz verwendet werden, das durch die Polymerisierung von Formaldehyd hergestellt wird und daß unter dem Warenzeichen " Delrin " von DuPont vertrieben wird. Aber gleichgültig, ob die Ringe 24 und 26 auf Polyurethan hergestellt sind, wie das bevorzugt wird, oder aus einem anderen Harz, soll das Harz zweckmäßigerweise die folgenden mechanischen Eigenschaften haben: Geringste Zugfestigkeit 1,4o kg pro mm größte Kompressibilität 2o$; größter Kaltfluß 2o$; geringste Härte 4o Shore A; größte Härte 15o Rockwell R; geringste Druckfestigkeit 3,51 kg pro

mm ; geringste Reißfestigkeit 5o pli; geringste Schlagfestigkeit 0,552 kg Meter pro cm ( Izod test method, ASTM. D-256;

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Druckfaktor mindestens 14 kg pro mm bei einer Ausbiegung von

Die Schlagfestigkeit und folglich die Zähigkeit der organischen Harzringe ist erheblich größer als die der Keramik, und folglich sind die Harzringe weitweniger bruchanfällig als der Keramikring 22. Das ist eine besonders wichtige Eigenschaft für die sich radial nach außen erstreckenden Flansche 28 und 3o.

Wenn Keramik auf Aluminiumoxidbasis verwendet wird, handelt es sich bei dem bevorzugten Metall für die Metallagen 56 entweder um Titan oder Zirkon, idealerweise um Titan. Dieses Metall wird vorzugsweise durch mechanisches Aufreiben des Metalls durch Druckkontakt mit den Keramikflächen aufgetragen, wobei das Metall im wesentlichen über die gesamten Flächen der Keramikringe abgelagert wird, mit denen das Harz verbunden werden soll. Das Titan oder Zirkon geht eine chemische Bindung mit der Aluminiumoxidkeramik ein. Beispiele für andere Metalle, die verwendet werden und die in der gleichen Weise aufgetragen werden können, obgleich nicht mit dem gleichen Effekt, sind Aluminium, Kupfer, Messing und Zink. Ferner, insbesondere, wo die Keramik eine solche auf Alurainiumoxidbasis ist, können die Metallagen durch Metallisierungsmethoden aufgetragen werden, die laufend verwendet werden, um Aluminiumoxidkeramikkörper mit elektrischleitenden Fließwegen zu versehen, die als elektrische Schaltungsteile verwendet werden. Beispielsweise kann Lithiummolybdat oder eine Schlemme aus Mangan -

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oder Molybdän oder Wolframpulver auf den Keramikring aufgetragen und dann in einer naßen reduzierenden Atmosphäre erhitzt werden, um eine stark gebundene metallische Lage zu bilden. Die Bindefestigkeit zwischen dem organischen Harz und den metallisierten Flächen des Keramikrings ist ausgezeichnet, und selbst wenn also ein Bruch als Folge eines Platzens des Keramikrings während der Arbeit erfolgen sollte, wird die Keramik am organischen Harz gehalten, selbst wenn die Drehzahl und folglich die Fliehkraft groß ist. Die Zähigkeit und die Bruchfestigkeit der Kandflanscne aus organischem Harz dienen in vorteilhafter Weise zur Verhinderung einer Beschädigung des Keramikrings, der eine wesentlich geringere Bruchfestigkeit hat.

In der in Fig. 2 gezeigten Darstellung hat der Drehkopf einen ähnlichen Aufbau wie in Fig. 1, außer das die radiale Dicke des Keramikrings 5o relativ gering ist und die radial innenliegende Partie 52 des Drehkopfes aus organischem Harz gebildet ist und einstückig mit dem organischen Harz vorgesehen ist, das die Hinge 54 und 56 aus organischem Harz bildet.

Die Metallage, vorzugsweise Titan,ist bei 58 gezeigt, obgleich in diesem Ausführungsbeispiel wie in den anderen Ausführungsbeispielen die Lage stark übertrieben dargestellt ist. Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß das Gros des Drehkopfes, anstatt aus relativ teurer Keramik

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hergestellt zu sein, aus weniger teurem organischen Harz "besteht. Die Festigkeit des in Pig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch geringer als die des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels, da die Druckfestigkeit von organischem Harz geringer als die von Keramik ist und in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Keramik bis zum Innendurchmesser des Drehkopfes führt.

Der in Fig. ';> gezeigte Ziehstein ist in ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, außer daß die Keramikringe mit Öffnungen versehen sind, die mit organischem Harz gefüllt sind, das einstückig mit den Ringen aus organischem Harz verbunden ist. Alle Drehköpfe haben einen im wesentlichen gleichen Aufbau, außer daß sie unterschiedliche Durchmesser haben. Die Beschreibung des Drehkopfes 6o gilt also entsprechend auch für die anderen Drehköpfe.

Der Drehkopf 6o besteht aus einem Keramikring 62 mit flachen Seiten, der zwischen Ringen 64 und 66 aus organischem Harz sitzt. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, weist der Keramikring 62 eine Anzahl im gleichen Abstand angeordnete Durchgangslöcher 68 auf, die auf einem Kreis angeordnet sind und sich von einer flachen Seite zur anderen des Rings 62 erstrecken. Die Anordnung der Öffnungen ist natürlich so vorzusehen, daß der Keramikring ausgewuchtet ist, d.h. eine gleichförmige

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gewichtsverteilung; um seinen Umfang herum aufweist. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Hinge 64 und 66 einen größeren Durchmesser als der Ring 62, um damit die radial nach außen erstreckende ringförmige Seitenflansche zu bilden, die eine erhöhte Dicke haben und die deshalb die äußere peripher© Fläche des Keramikrings bedecken. Die Binge 64 und 66 bilden einen einheitlichen Körper- aus organischem Harz, der die Öffnungen 68 im Keramikring 6o

k füllt. Selbst wenn also als Folge eines Platzens der Keramikring ausfällt, wird die Keramik immer noch in ihrer Lage gehalten, selbst bei hohen Drehzahlen, und zwar als Folge der mechanischen Verzahnung des Harzkörpers mit der Keramik. Die flachen Seitenflächen des Keramikrings und vorzugsweise auch die Fläche der jeweiligen Öffnung 68 weisen eine dünne Metalllage auf, die damit verbunden ist. Die Ringe aus organischem Harz sind mit diesen metallisierten Flächen des Keramikringes verbunden, und zwar in der gleichen Weise, wie das im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel be-

" schrieben worden ist.

In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispielen hat der Drehkopf den gleichen Aufbau wie in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, außer daß der Keramikring 7o Öffnungen entsprechend denen in dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel aufweist, die mit dem organischen Harz 72 gefüllt sind, daß die Seiten und die innere Partie des Dreh-

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- 13 kopfes bildet.

Um die Drehköpfe herzustellen, können die Harzringe vorgeformt und dann mit den metallisierten Seitenwänden des Keramikrings verbunden werden, um ein Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in ]?ig. 1 zu bilden. Andererseits kann das Harz auch um die Seitenwände und die innere Bohrung des Keramikrings und auch in die Öffnungen 68 an- bzw. eingeformt werden, wenn . solche Öffnungen vorgesehen sind, um die in Jig. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele von Drehköpfen zu bilden, wobei man von Methoden Gebrauch machen kann, die in der Technik der Verbindung von Elastomeren oder anderen organischen Harzen bekannt sind. Wenn die Harzringe vorgeformt sind und aus einem wärmehärtenden Werkstoff bestehen, sollen sie vor der Verbindung mit dem Keramikring in einem ungehärteten Zustand beim Ansetzen an den Keramikring sein, wobei die Hitze für die Aushärtung aufgebracht wird, während ein Pressen gegen den Keramikring erfolgt, derart, daß das Härten und Binden mit dem Ring gleichzeitig vorgenommen werden.

Bs liegt innerhalb des Rahmens der Erfindung, die äußeren Hinge aus einem Verbund aus Metall und Harz herzustellen, anstatt ganz aus Harz. D.h., gegebenenfalls können Metallringe mit den Ringen aus organischem Harz verbunden werden, derart, daß die Harzringe jeweils zwischen dem Keramikring und einem der Metallringe liegen.

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Die Drehköpfe gemäß der Erfindung finden besondere Anwendung für Drahtzieharbeiten, obgleich sie allgemein als Drehköpfe, Leitrollen oder Riemenscheiben und für viele andere Zwecke verwendet werden können.

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Claims (8)

-15-Patentansprüche

1. J Drehkopf, gekennzeichnet durch

einen Keramikring, mit dessen Seitenwänden jeweils ein Hing verbunden ist, der aus einem Material besteht, das eine größere Zähigkeit als der Keramikring hat, wobei der Hing jeweils einen größeren Durchmesser als der Keramikring hat, derart, daß sich radial nach außen erstreckende ringförmige Seitenflansche an dem Drehkopf entstenen, wobei mindestens die Innenflächen der Hinge aus dem anderen Material aus einem organischen Harz gebildet sind.

2. Drehkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände des Keramikrings mit einer dünnen Metallage versehen sind, derart, daß eine erhöhte Bindefestigkeit zwischen dem Keramikring und dem organischen Harz entsteht.

t>. Drehkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe aus dem anderen Material ganz aus organischem Harz gebildet sind.

4. Drehkopf nacn Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß die innere periphere Fläche des Keramikrings die innere periphere Fläche des Drehkopfes bildet. - -16-

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5. Drehkopf nach Anspruch 3, dadurch g e kennae i ehrte t, daß die Hinge aus organischem Harz eine Partie eines Körpers aus organischem Harz "bilden, der die innere periphere Fläche des Keramikrings bedeckt: und damit "verbunden, ist»

6. Drehkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Binge aus dem anderem Material ganz aus organischem Harz; gebildet sind..

7. Drehkopf nach Anspruch 2_r dadurch g e kennzei chnet, daß die Keramik eine gesinterte Keramik auf Aluminiumoxidbasis ist.

8. Drehkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Harz Polyurethan ist.

* 9· Drehkopf nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennz ei ohne t, daß die äußere Peripherie des Keramikrings eine periphere .Nut aufweist.

1o. Drehkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikring eine Anzahl von Öffnungen hat, die durch ihn durchgehen, und daß das organische Harz die Öffnungen füllt, die durch den Keramikring durchgehen.

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