DE2142348A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines aus einer mehrzahl von fasern oder draehten bestehenden stranges - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines aus einer mehrzahl von fasern oder draehten bestehenden stranges

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DE2142348A1 DE19712142348 DE2142348A DE2142348A1 DE 2142348 A1 DE2142348 A1 DE 2142348A1 DE 19712142348 DE19712142348 DE 19712142348 DE 2142348 A DE2142348 A DE 2142348A DE 2142348 A1 DE2142348 A1 DE 2142348A1
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Keith Phillips
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Description

Aktiengesellschaft Brown. Boveri & Gie» Baden:- (Schweiz)
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines aus einer Mehrzahl von Pasern oder Drähten "bestehenden Stranges
Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einer Mehrzahl von aneinanderhaftenden mctallbeschiehteten Fasern oder Drähten bestehenden Stranges*
Zur kontinuierlichen Herstellung von mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Metalldraht kann man einen Strang lose gepackter Kohlenstoff-Fasern durch eine zur Bildung des Metalldrahtes dienende I.Tetallschmelze leiten'und danach den mit letzterer durchtränkten Strang zur Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Kohlenstoff-Fasern durch mindestens einen Ziehring führen« Um zu vermeiden t dass
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zwischen den einzelnen Komponenten eine Oxydation auftritt, leitet man den aus lose gepackten Kohlenstoff-Fasern bestehenden Strang imter einem Vakuum oder Schutzgas durch die Metallschmelze· Ba es unmöglich oder sehr schwierig ist, den lose gepackten Strang durch eine Abdichtung hindurch in öen die Metallschmelze enthaltenden und luftdicht abgeschlossenen Behälter einzuführen ohne dass Luft in den letzteren gelangt 9 muos man den Strangvorrat auf einer Spule iss Innern des Behälters anordnen· Dies hat jedoch den gTOssen Nachteil zur Folge, dass eine kontinierliche Produktion über eine lHngere Zeitdauer in Anbetracht des begrenzten Strangvorrates nich~ möglich ist·
Zweck' der Erfindung ist file Schaffung eines Verfahrens bei de säen Anwendung ein relativ kompakter Strang erhalten v/irdj der zum Beispiel beim vorangehend "beschriebenen Verfahren unter Aufrechterhaltung einer guten Abdichtung in einen gasdichten Behälter eingeführt v/erden kann»
Das erfindungsgemHsse Verfahren ist dadurch ^e'kennzeichnet, dass man einen Strang lose gepackter und mit einer Metallschicht überzogene Fasern oder Drähte zur Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Pasern bzw. Drähte durch mindestens einen Zier τ Ir t* führt, und dabei den Strang im ΐ/i rkungs toe reich ües le "V--.-.'":·.■ :*en auf. eine solche Temperatur erwärmt, class ein Ane±n£»ü3erhaften
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der· Fasern bsw. Drähte na©h dara Austritt des Strange® aus dem- Ziehring stattfindet»
Wenn man mit Nickel, Kupfer oder Silber beschichtete Drähte oder Fasern, zum Beispiel Kohlenstoff·= Fasern,- verwendet, dann ist es zweckinässigs i^enn man den Strang im Wirkungsbereich des Ziehringes auf WO bis 600 C9 vorzugsweise 500° C, erwärmt. (
Zur kontinuierlichen. Herstellung eines Drahtes oder einer Stange dessen bzw» deren Matrix mit Fasern oder Drähten verstärkt ist9 ist es zweckmässig«, wenn man den Strang mit den aneinanderheftenden Verstärkung^fasern bzw» -drähten nach dem Austritt aus dem Ziehring unter einem solchen Vakuum oder Schutsgas durch eine zur Bildung des ''Drahtes oder Stranges dienende Schmelze leitets dass keine Oxydation zwischen den-einzelnen Komponenten auftritt9 und danach den f mit der Schmelze durchtränkten Strang zur weiteren Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Fasert bzw» Drähte durch mindestens einen weiteren. Ziehri'ng -führt..
Segenstand der Erfindung ist ferner sine Vorrichtung zur Durchführung des e^findungsgemässen Verfahrens s welche da= durch -gekennseiclwast ist9 dass sie mindestens einen mittels ©liier Heifcvorriefotamg beheisbaren Ziehring aufweist'» ■':'"' '*"■ ''""■'' 309807/073S
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Es ist zweekmelssig, wenn die Vorrichtung eine Zuführanordnung zur Zuführung des aus dem Ziehring austretenden Stranges in eine Schmelze, einen luftdichten und beheizten Behälter zur Aufnahme der letzteren und mindestens einen weiteren Ziehring zur Durchführung des mit dem geschmolzenen Matrixmaterial getränkten Stranges aufweist, wobei der Behälter mit mindestens einer Zuleitung versehen ist, um in seinem Innern ein Vakuum zu erzeugen oder ein Schutzgas in denselben einzuführen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert, und zwar an einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Drahtes dessen Matrix mit Kohlenstoff-Fasern verstärkt ist.
Zuerst führt man einen Strang lose gepackter und mit einer Nickelschicht überzogene Kohlenstoff-Fasern 1 in .Richtung des Pfeiles A und mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,5 cm/sec zur Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Kohlenstoff-Fasern durch einen mit Heizwindungen 2 versehenen Ziehring 3 und erwärmt dadurch den Strang im Wirkungsbereich des letzteren auf eine Temperatur von ungefähr 500 bis 600 C, so dass ein Aneinanderhaften der einzelnen Kohlenstoff-Fasern 1 nach dem Austritt des Stranges aus dem Ziehring 3 stattfindet.
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Der Querschnitt des Stranges wi^d beim Durchgang durch den Ziehring 3 um soviel verringert, dass die Gesamtquer= schnittsfläche der Kohlenstoff-Fasern etwa 30 % der lichten Ringquerschnittsfläche beträgt.
Der Strang wird bei seinem Durchgang durch den Ziehring während einer sehr kurzen Zeit einer relativ geringen Temperatur und einem geringen Druck ausgesetzt, und es findet zwischen den dünnen auf den Kohlenstoff-Fasern sich befindenden Metallschichten eine Art Sintervorgang statt.
Der aus dem Ziehring 3 austretende Strang ist noch mit vielen Poren durchsetzt, doch ist er anderseits so kompakt, dass eine Einführung desselben in einen luftdichten Behälter '♦ ohne Schwierigkeiten bewerkstelligt werden kann,
Zur kontinuierlichen Herstellung eines Drahtes dessen Matrix
mit Kohlenstoff-Fasern verstärkt ist, führt man nun den Strang mit den aneinanderhaftenden Verstärkungsfasern 1 in eine Metallschmelze 5, zum Beispiel in eine Aluminiumschmelze,
Die Metallschmelze 5 befindet .sich in dem durch die SpuLe 6 beheizten Behälter H, welcher luftdicht verschlossen ist und eine Zuleitung 7 zur Erzeugung eines Vakuums in seinem Innern aufweist. Oberhalb der Schmelze 5 wird im Behälter Innern ein Vakuum von etwa 10 mm Hg erzeugt, um zu verhindern, dass eine Oxydation zwischen den einzelnen Komponenten auftritt.
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Der mit der Schmelze durchtränkte Strang wird zur weiteren Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Kohlenstoff-Fasern 1 durch einen weiteren am Boden des Behälters Ί angeordneten Ziehring 8 geführt. Im Ziehring 8 ist ferner ein Thermoelement 9 angeordnet, da die Temperatur der am Strangaustritt sich befindenden Metallschmelze sehr nahe beim Schmelzpunkt des Metalles liegen soll, so dass noch alles Metall geschmolzen ist, jedoch nach dem Austritt aus dem Ziehring 8 sofort erstarrt. Im Ziehring 8 wird der Querschnitt des Faserstranges so stark vermindert, dass der Volumenanteil der Kohlenstoff-Fasern im aus dem Ziehring 8 austretenden Draht 10 etwa 50 % beträgt.
Der aus dem Ziehring 8 austretende Draht 10 verläuft auf der anschliessenden Abkühlstrecke noch durch ein Rohr 11, das zusammmen mit dem Innern das Behälters 4 unter einem Vakuum von etwa 10 mm Hg gehalten wird.
Am Ende des Rohres 11 sind am Draht 10 anliegende Dichtungsringe 12 angeordnet, um ein Eintreten von Luft in das Innere des Rohres 11 und damit eine Oxydation zu vermeiden.
Da durch den ersten Ziehring 3 die einzelnen Kc) ^nstoff-Fasern 1 des zugeführten Stranges aneinandergehe. ;€ΐ werden, kann der Strang bei seiner Einführung in den Behälter U
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durch die an ihm anliegenden Dichtungsringe 13 ebenfalls einwandfrei abgedichtet werden, so dass es ohne weiteres möglich ist, grosse Längen von Draht 10 herzustellen.
Anstatt den durch den Ziehring 3 verdichteten Strang durch eine Metallschmelze 5 zu führen ist es auch möglich, den lose gepackten Strang mit einem Metallpulver zu durchsetzen und dann durch den Ziehring 3 zu ziehen, wobei ebenfalls ein Verbundwerkstoff entsteht.
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Claims (1)

  1. - # - 105/71
    2H2348
    PATENTANSPRUECHE
    Verfahren zur Herstellung eines aus einer Mehrzahl von aneinandcrhaftenden metallbeschichteten Pasern oder Drähten bestehenden Stranges, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Strang lose gepackter und mit einer Metallschicht überzogene Pasern oder Drähte zur Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Fasern bzw. Drähte durch mindestens einen Ziehring führt, und dabei den Strang im Wirkungsbereich des letzteren auf eine solche Temperatur erwärmt, dass ein Aneinanderhaften der Pasern bzw. Drahte nach dem Austritt des Stranges aus dem Ziehring stattfindet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass man mit Nickel, Kupfer oder Silber beschichtete Pasern oder Drähte verwendet·
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man mit Nickel, Kupfer, oder Silber beschichtete Kohlenstoff-Pasern verwendet·
    4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass man Kohlenstoff-Pasern verwendet, deren Ausgangs·
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    - 9 - 105/71
    material Polyakrylonitril ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Querschnitt des Stranges beim Durchgang dprch den Ziehring um soviel verringert, dass die Gesamtquerschnittsfläche der Fasern bzw. Drähte mindestens 20 % der lichten Ringquerschnittsfläche beträgt.
    6» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strang im Wirkungsbereich des Ziehringes auf UOO bis 600 C, vorzugsweise 500 C, erwärmt.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Ziehring auf eine Temperatur von 400 bis 600 C erwärmt.
    8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man
    den Strang mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm/sec durch den ä Ziehring führt.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zur kontinuierlichen Herstellung eines Drahtes oder eina?Stange dessen bzw. deren Matrix mit Fasern oder Drähten verstärkt ist, den Strang mit den aneinanderheftenden Verstärkungsfasern bzw.
    309 8*0 7/073 S.
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    -drähten nach dem Austritt aus dem Ziehstempel unter einem solchen Vakuum oder Schutzgas durch eine zur Bildung des Drahtes oder Stranges dienende Schmelze leitet, dass keine Oxydation zwischen den einzelnen Komponenten auftritt, und danach den mit der Schmelze durchtränkten Strang zur weiteren Verminderung seines Querschnittes und Erhöhung der Packungsdichte der Pasern bzw· Or:ihte durch mindestens einen weiteren Ziehring führt. \
    10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, ' dass man die Schmelze unter einem Vakuum von mindestens 10 mm Hg hält,
    11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strang mit den aneinanderhaftenden Ver-
    • stärkungsfasern bzw. -drähte beir* Austritt aus der Schmelze durch den zweiten Zierring führt*
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strang nach dem Austreten aus dem zweiten Ziehring . bis zu seiner Abkühlung auf eine bestimmte Temperatur unter einem Vakuum oder Schutzgas hält·
    13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
    309807/0735
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    dass man den zweiten Ziehring auf einer solchen Temperatur hält, dass das die Verstärkungsfasern bzw. -drahte umgebende Matrixmaterial des aus ihm austretenden Stranges nicht mehr flüssig ist.
    IU. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens einen mittels einer Heizvorrichtung (2) beheizbaren Ziehring (3) aufweist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch IH, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zuführanordnung zur Zuführung des aus dem Ziehring (3) austretenden Stranges in eine Schmelze (5), einen luftdichten und beheizten Behälter (4) zur Aufnahme der letzteren, und mindestens einen weiteren Ziehring (8) zur Durchführung des aus mit dem geschmolzenen Matrixmaterial umgebenen Fasern oder Drähten bestehenden Stranges, aufweist, wobei der Behälter (4) mit mindestens einer Zuleitung (7) versehen ist, um in seinem Innern ein Vakuum zu erzeugen oder ein Schutzgas in denselben einzuleiten.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ziehring (8) derart in der Behälterwandung angeordnet ist, dass er während dem Betrieb der Vorrichtung auf der Einführseite von der Schmelze (5) überdeckt ist.
    Aktiengesellschaft Brown, Boveri & C ie.·
    309807/0735
    Leerseite
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