DE2243199B2

DE2243199B2 - Verfahren zur herstellung faserverstaerkter metallprofile

Info

Publication number: DE2243199B2
Application number: DE19722243199
Authority: DE
Inventors: Gerald Dipl.-Phys. 5000 Köln; Schörken Karl Dr.-Ing. Dr.jur. 4051 Hinsbeck Müller
Original assignee: Feiten & Guilleaume Carlswerk AG, 5000Köln
Priority date: 1972-09-01
Filing date: 1972-09-01
Publication date: 1976-09-16
Also published as: DE2243199A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Metallprofile aus mit Metall beschichteten Verstärkungsfasern, aus bereits vorverdichteten Bündeln von mit Metall beschichteten Fasern oder aus mit Kurzfasern verstärkten Metalldrähten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, insbesondere hoher Wärmefestigkeit, durch Einbetten von längsorientiertem Material in ein Grundmaterial, bekannt, bei dem dünne Fäden des einzubettenden Materials in einer Bedampfungsanlage mit regelbarer Schichtstärke eines oder mehrerer Grundstoffe bedampft und anschließend unter weiterer Verdichtung des ganzen unter Wärmezuführung und/oder -erzeugung einer Weiterverformung durch Walzen, Ziehen oder Kalibrieren unterzogen und zu Halbzeug verarbeitet werden (DT-OS 16 08 206).

Unier den im bekannten Verfahren zum Zusammenfügen der beschichteten Verstärkungsfasern benutzten Verfahrensschritten Ziehen und Walzen versteht man gemäß dem technischen Sprachgebrauch eine Verformung, die im wesentlichen eine Streckverformung ist. Diese Verfahrensschrittc werden also zu wesentlichen Streckungen der kontinuierlichen Fasern, bei der von Profilen mit Querschnitten in der Größenordnung cm- bis dm² aber wahrscheinlich zur Zerstörung der Fasern führen. Der weiterhin genannte und nicht näher beschriebene Verfahrensschritt des Kalibrierens, der wohl ohne wesentliche Streckverformung aibeitet, aber nur kleine radiale Kräfte auf das zu kalibrierende Werkstück ausüben kann, führt wegen der geringen möglichen Verdichtung des Faserbündels nicht zum sicheren Verschweißen der Faseroberflächen und ganz sicher nicht zur Beseitigung der ursprünglich zwischen den Fasern vorhandenen Hohlräume. Er ist deshalb zur Herstellung von faserverstärkten Profilen ebenfalls nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, mit denen Bündel von mit Metall beschichteten Vers'.ärkungsfasern Kontinuierlich zu kompakten langgestreckten Werkstücken, insbesondere zu Profilen mit Querschnitten in der Größenordnung von cm² bis zu dm², schnell und preisgünstig verarbeitet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 und seiner Anwendung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 2 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung bestehen in Vorrichtungen mit den Kennzeichen der Ansprüche 3 und 4.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sie auf bekannte und bewährie Verfahrensschritte aus, der Drahtseil- und Kabeltechnik aufbaut, daß sie das in dieser Technik vorhandene Know how und ebenso die hier vorhandenen Vorrichtungen und Anlagen benutzen kann, so daß die meist aufwendige und kostspielige Entwicklung völlig neuer Technologien vermieden werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 2 eine Ausgestaltung der Preßmatrize.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die metallbeschichteten Verstärkungsfasern, Faserbündel oder faserverstärkten Metalldrähte 1 werden in einer Abzugsvorrichtung 3 kontinuierlich von Spulen 4 abgezogen. Eine große Anzahl von Spulen 4, von denen in der Zeichnung nur drei dargestellt sind, sind konzentrisch um die Achse 2 der Abzugsvorrichtung 3 in einem Spulengestell 8 angeordnet. Die Fasern. Faserbündel oder Drähte 1 werden durch eine Führungsscheibe 5 parallel zusammengeführt und in der Preßmatrize 6 unter Erwärmung durch Preßschweißen ohne wesentliche S treck verformung z.u Profilen 7 verschweißt. Die für diesen Vorgang nötige Energie wird vom Raupenabzug 14, der am fertigen Profil 7 angreift, geliefert. Für die Weiterverarbeitung des Endlosprofils 7 kann eine fliegende Schere 15 vorgesehen werden, die die abgelängten Profilstangen Ib auf einem Rollengang ablegt. Bei dünnen und elastischen Profilen kann an dieser Stelle auch eine Aufwickelvorrichtung eingesetzt werden.

Sollen die Fasern 1 im fertigen Profil eine wendeiförmige Anordnung besitzen, so wird das Spulengestell 8 und die Führungsscheibe 5, welche durch die Achse 2 miteinander verbunden sind, in Drehung versetzt, so daß vor der Preßmatrize 6 ein Verseilvorgang stattfindet. Durch Regelung der Drehgeschwindigkeit der Achse 2 in Abhängigkeit von der Abzugsge-

schwindigkeii des Raupenabzugs 14 ist die Schlaglänge der Fasern 1 im fertigen Profil 7 wählbar. In vielen Fallen empfiehlt es sich, den Eingangstei! der Preßmatrize zu heizen, um den Vorgang des Preßschweißens in der Preßmatritze 6 beeinflussen zu können. Bei 5 wärmeempfindlichen Verstärkungsfasern empfiehlt es sich weiterhin, den Ausgangsteil der Preßmatrize 6 zu kühlen, um Beschädigung der Verstärkungsfasern zu vermeiden Der Vorgang des Preßschweißens kann auch durch eine Vorwärmeinrichtung 17 erleichtert werden. Preßmatrizen sind an sich aus der Herstellung von Kabeln und Drahtseilen bekannt. Sie dienen dazu, mehrdrähtige Leiter und Drahtseile zu verdichten. Diese Verdichtung kann auch die Verformung der Einzeldrähte derart einschließen, daß günstigere Füllfaktoren erzielt werden als mit dem normalerweise runden Einzeldrähten allein. Diese bekannten Preßmatrizen haben eine äußere Ähnlichkeit mii Ziehdüsen. Sie unterscheiden sich aber von diesen wesentlich durch die Gestaltung des inneren Profils. Sie besitzen einen wesentlich kleineren Austrittsöffnungswinkel am Werkzengausgang und eine gegenüber Ziehdüsen wesentlich vergrößerte Führungslänge, auch gedrückte Länge genannt. Die erfindungsgemäße Preßmatrize 6 verformt im Gegensatz zu den bekannten Ziehdüsen im wesentlichen in radialer Richtung ohne wesentliche Streckverformung und bewirkt, im Gegensatz zu den aus der Seiltechnik bekannten Preßmatrizen, durch erhöhte Wärmezufuhr auf die Fasern 1 einen Preßsehweiß-Vorgang.

In F i g. 2 ist, ebenfalls schematisch, eine weitere Ausgestaltung der Preßmatrize 6 für die Herstellung von hohlen Profilen 7 gezeigt. Sie enthält einen, dem Innenprofil der Preßmatrize 6 und dem gewünschten Innenprofil entsprechend geformten Kern 9, der in der Nähe der Einlaufseite 13 der Preßmatrize 6 durch einen Stützbalken 10 gehalten wird. Der Stützbalken 10 ist zur Vermeidung von Verlagerungen und Schwingungserscheinungen des Kerns 9 in der Nähe der Einlaufseite 13 der Preßmatrize 6 durch nicht gezeichnete Haltevorrichtungen, um welche die Fasern 1 herumgcleitet werden müssen, befestigt. An dem dem Kern 9 abgewandten Ende 11 des Stützbalkens 10 trägt der Stützbalken 10 das Lager 12 der Führungsscheibe 5.

Die beheizbare Einlaufseite der Preßmatrize 6 ist durch unterschiedliche Schraffierung von der gekühlten Auslaufseite unterschieden. Auch der Kern 9 kann an seinem einlaufseitigen Ende beheizt und am auslaufseitigen Ende gekühlt werden, um den Preßschweiß-Vorgang zu unterstützen und eventuelle Beschädigungen der Fasern 1 im Innern des Profils zu vermeiden.

Die günstigsten Ergebnisse bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei Temperaturen der Preßmatrize 6 zwischen 200 und 400" C je nach dem zu versehweißenden Beschichtungswerkstoff erreicht. Bei diesen Temperaturen findet noch keine verstärkte Oxidbildung statt, möglicherweise vorhandene dünne Oxidhäute, die die Schweißverbindung stören könnten, werden dabei aufgerissen und so unschädlich gemacht. Für die Herstellung von Vollprofilen wie auch für dickwandige Hohlprofile mit wendeiförmiger Anordnung der Verstärkungsfasern kann das Verfahren auch in mehreren Arbeitsgängen hintereinander durchgeführt werden. Hierbei können sich kreuzende Lagen von Verstärkungsfasern aufgebracht werden. Es können sich auch unidirektional verstärkte Lagen mit gewickelten Lagen abwechseln. Es lassen sich dabei je nach Ausgangsmaterial Faservolumenanteile zwischen 10 und 70 % erreichen. Als Faserwerkstoff eigenen sich die bekannten Bor- oder Kohlenstoffäden ebenso wie metallische Feinstdrähte, sie können gegebenenfalls auch miteinander gemischt werden. Bei der Verarbeitung von faserverstärkten Metalldrähten können diese Kohlenstoffasern, SiC-Whisker, Aluminiumoxid-Whisker oder keramische Fasern enthalten.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich VoII- und Hohlprofile mit fast beliebigen Querschnittsformen und sehr günstigen Eigenschaften bzw. Eigenschaftskombinationen für alle Anwendungsgebiete erzeugen. Bei bestimmten Profilformen, beispielsweise mit aus dem Profil herausragenden Ansätzen, kann es auch empfehlenswert sein, zwei- oder mehrteilige Preßmatrizen zu verwenden, deren Teile durch Federdruck oder hydraulisch aneinander gepreßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Metallprofile aus mit Metall beschichteten Verstärkungsfasern, aus bereits vorverdichteten Bündeln von mit Metall beschichteten Fasern oder aus mit Kurzfasern verstärkten Metalldrähten, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, die Faserbündel oder die faserverstärkten Metalldrähte kontinuierlich VGn um die Achse einer Abzugsvorrichtung angeordneten Spulen abgezogen, durch eine Führungsscheibe parallel zusammengeführt oder verseilt und in einer Preßmatrize unter Erwärmung durch Preßschweißen ohne wesentliche Streckverformung zu Profilen verschweißt werden.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, auf mit Matrixmetall beschichtete Whisker oder Fasern aus an sich bekannten metallischen, nichtmetallischen oder keramischen Werkstoffen.

3. Verseilvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (4) in einem um die Achse (2) der Abzugsvorrichtung (3) umlaufenden Spulengestell

(8) angeordnet sind, daß die Führungsscheibe (5) synchron mit dem Spulengestell (8) um die Achse (2) umläuft und daß die Schlaglänge der Fasern (1) im fertigen Profil (7) durch Regelung der Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Abzugsgeschwindigkeit wählbar ist.

4. Preßmatrize zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von hohlen Profilen (7) in der Preßmatrize (6) ein entsprechend geformter Kern (9) angeordnet ist, daß der Stützbalken (10) für den Kern (9) in der Nähe der Einlaufseite (13) der Preßmatrize (6) befestigt ist und daß der Stützbalken (10) an seinem dem Kern (9) angewandten Ende (11) das Lager (12) der Führungsscheibe (5) trägt.

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