DE2461246A1

DE2461246A1 - Verbundwerkstoff und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2461246A1
Application number: DE19742461246
Authority: DE
Inventors: Hans Hillesheim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1976-06-24
Also published as: DE2461246B2; DE2461246C3

Description

Verbundwerkstoff und Verfahren zu-seiner Herstellung Die Aufgabenstellung, die der nachfolgend beschriebenen Erfindung zugrunde liegt, ist folgende: Metallische Werkstoffe mit guten mechanischen, elektrischen und physikalischen Eigenschaften sind in der Regel anfällig gegen Korrosion und Aggression jeder Art.
Durch Verbund mit geeigneten Chemiewerkstoffen und/oder Kautschuk bzw. Kunst-Kautschuk-Qualitäten soll die Anfälligkeit gegen Korrosion, Erosion und gegen Aggression jeder Art beseitigt werden.
In mehreren Patentanmeldungen, (Universal-Rohr, Band mit Durchbrüchen, Band mit Durchbrüchen, -Umhüllungen, -Ausfüllungen, -Beschichtungen) wurden bereits umfassende Problemlösungen angeboten.
Während in den vorgenannten Schutzrechtsanmeldungen ausschließlich davon ausgegangen worden war, daß Werkstücke aus Metall unter Ausnützung ihrer ausgezeichneten mechanischen, elektrischen, physikalischen Eigenschaften dadurch veredelt werden, daß man die meist existenten negativen Eigenschaften, nämlich Anfälligkeit gegen Korrosion, Erosion und Aggression, weitestgehend ausschaltet. Wie dies ermöglicht wird, ist in den diesbezüglichen Anmeldungen ausführlich geschildert.
-Die vorliegende Erfindung gestattet nun die Erreichung der Zielsetzung in einer "sowohl - als auch - Problemlösung". Das heißt, daß als Grundwerkstoff einmal metallische Werkstoffe dienen können, die gegen ihre Anfälligkeit (Korrosion, Erosion, Aggression) geschützt werden müssen un4 zum anderen als Grundwerkstoff Chemiewerkstoffe und Kautschuk-Qualitäten jeder Art als Grundwerkstoff dienen, (keine Anfälligkeit gegen Korrosion, Erosion und Aggression) die aber infolge ihrer mechanischen bzw. elektrischen bzw, physikalischen Eigenschaften in bestimmten Anwendungsbereichen der Stabilisierung und Verstärkung bedürfen.
Stand der Technik: Korrosionsschutz und/oder Erosionsschutz und/oder Aggressionsschutz von Metallen ist ein Anliegen der Technik seit Existenz der Metalle. Hier wird verwiesen auf die vielen Techniken des Lackierens, des Umhüllens, des Plattierens usw. Alle diese Verfahren haben die Aufgabe, den Kontakt von korrosiven und aggressiven Stoffen mit dem Metall zu verhindern. Hierbei entstehen bisher nicht befriedigend gelöste Probleme der Verbindung zwischen dem Metall und dem Schutzwerkstoff. Verschiedentliche labortechnische Ansätze führten jedoch zu keinen befriedigenden wirtschaftlichen Ergebnissen. Korrosions- Aggressionsbeständige Massen-Werkstoffe wie Kunststoff, Gummi, Kunstkautschuk leiden unter mangelnder Festigkeit und nicht ausreichendem Temperatur- bzw. Druckverhalten bei bestimmten Anwendungen.
(Rohre, Fensterprofile, Behälter, Verkleidungen, Maschinenelemente).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, metallische Grundwerkstoffe oder Chemiewerkstoffe (unter diesen Begriff fallen im Sinne der Erfindung alle Kunststoffe und Kunststoff-Kombinationen, sowie alle Kunst-Kautschuk- und Natur-Kautschuk-Sorten) so miteinander zu verbinden, daß die positiven Eigenschaften der beiden Werkstoffgruppen erhalten bleiben, und daß die Weiterverarbeitung des Verbundwerkstoffes zu Fertigprodukten erfindungsgemäß ermöglicht wird.
Voraussetzung hierfür ist, den wirtschaftlichsten, mechanisch besten Trägerwerkstoff (Metall) so vorzubereiten,'daß feste -den gestellten Anforderungen entsprechende - Verbindungen zwischen den zu verbindenden Stoffen entstehen.
Dies wiederum setzte voraus, daß die aufwendige Herstellung von Lochblechen und/oder Streckmetallen üblicher Art (fertiges Band, welches im Anschluß daran gelocht bzwa gestreckt wird) durch eine wesentlich wirtschaftlichere und schnellere Verformungsmethode - und zwar im Zuge der Bandherstellung selbst - ersetzt wird.
Erfindungsgemäß ist dies dadurch gelungen, daß Bänder im vorbereitenden Walzstadium bei gleicher und/oder partiell unterschiedlicher Dicke, geschlitzt und/oder gemeißelt werden Das Schlitzen und/oder Meißeln geschieht durch, der Produktionsgeschwindigkeit angepasste Schneid- oder Markierungswerkzeuge, die definierte Durchbrüche oder definierte "Nahezu-Durchbrüche" am laufenden Band anbringen. Dabei ist es auch möglich, daß bei diesem Arbeitsgang das Band aus der Bandebene heraus, deformiert wird.
Neben und/oder zwischen den Schlitzen bzw. den Meißelmarken wir das Band im Anschluß daran auf eine geringere Dicke gewalzt. Dabei ergeben sich Veränderungen der Breite und besonders der Länge des Bandes. Im Zuge dieser Längen- und Breitenveränderungen werden aus den Schlitzen bzw. Meißelmarken zwangsläufig Durchbrüche, die in ihrer Form bestimmbar sind.
Durch entsprechende Temperaturführung und evtl. vorgesehene thermische und mechanische Zwischen- bzw. Nachbehandlungen im Zuge der Fertigstellung des Bandes ergibt sich ein Rohprodukt (Band mit verlustfreien Durchbrüchen) mit nahezu absoluter Freiheit von Eigenspannungen.
Nach dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren sind Produktionsgeschwindigkeiten zur Herstellung von spannungsfreiem Band mit verlustfrei hergestellten Durchbrüchen von 2 - 4 m pro Sekunde und mehr, durchaus möglich.
Sowohl im Zuge der Fertigstellung als auch in nachfolgenden Arbeitsgängen kann dieses sogenannte "D-Band" zu Rohren, Platten, Profilen jeder Konstruktionsart weiterverformt una anschließend mit Chemiewerkstoff ausgerüstet werden. Der umgekehrte Verfahrensweg ist selbstverständlich ebenfalls möglich, in dem z. B. Platten aus Chemiewerkstoff mit stabilisierenden Auflagen oder Einlagen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck und/oder Bewegung, versehen werden. Das wesentliche ist, daß sich die Chemiewerkstoff-Elemente in den Durchbrüchen des metallischen Werkstoffes fest miteinander verbinden.
Falls überhaupt erforderlich, werden die vorbereiteten Bänder oder Profile entzundert, gereinigt und durch eine Zwischenbehandlung zur Verbindung mit Chemiewerkstoffen vorbereitet. So vorbereitete metallische Werkstücke werden nunmehr mit Hilfe der bekannten Verarbeitungstechniken wie z. B. Spritzgießen, Sintern, Pressen, Schleudern, Gießen, Schäumen, Blasen, Extrudieren, Wirbelsintern und alle hier nicht genannten Verfahren der Verarbeitungstechnik ein- oder beidseitig so mit dem ausgewählten Chemiewerkstoff in Verbindung gebracht, daß ein weitestgehend homogener Kontakt zwischen Metall- und Chemiewerkstoff entsteht. Dabei umhüllt der Chemiewerkstoff die Flächen des metallischen Grundkörpers und tritt in pastösflüssiger Form in die spannungs- und verlustfrei-hergestellten Durchbrüche des metallischen Werkstoffes ein, fpllt die Durchbrüche aus und verbindet die äußere mit der inneren Schicht.
Alternativ können Fertigprodukte oder Halbzeuge aus Chemiewerkstoffen durch entsprechende Techniken wie z.B. Walzen, Pressen, Vakuumverformen, Schweißen, Sprühen, so mit dem metallischen Werkstoff in Verbindung gebracht werden, daß der erfindungsgemäße Erfolg ebenfalls eintritt.
Durchgeführte Versuche mit z. B. metallischen Rohrkörpern, erfindungsgemäß hergestellt, haben in der Weiterverarbeitungsstufe (Innen- und Außenschicht mit Niederdruck-Polyäthylen) mögliche Produktionsgeschwindigkeiten von 40 m/min. ergeben.
Dabei waren die Wanddicken innen und außen mit je 1 mm Chemiewerkstoff dimensioniert worden. Bei Schichtdicken von °,5mm je Schicht wurden Geschwindigkeiten bis 60 m/in, festgestellt.
Die Auswahl von Niederdruck-Polyäthylen im vorliegenden Versuch ist lediglich als ein Beispiel der vielen Chemiewerkstoffmöglichkeiten anzusehen. Als weitere Werkstoffe sind PP, PA, PC, PVC, PPO, PCTFE, PPS, u.a.m., vorgesehen.
Durch entsprechende Anordnung der Durchbrüche, bezogen auf die Form des Durchbruches (z.B. spitz-oval-ausgerundet, oder spitz-oval oder ähnliches) und die Häufigkeit der Durchbrüche (prozentualer Anteil der Durchbrüche an der Gesamtfläche) kann erreicht werden, daß sich der jeweilige Chemiewerkstoff in seinem Wärmeausdehnungsverhalten und/oder in seinem Schwindungsverhalten dem Metall anpaßt.
Durch entsprechende Gestaltung der Schichtdicken innen und außen kann ferner erreicht werden, daß eine gleich dicke oder dünnere Innenschicht von der korrespondierenden Außenschicht und von der Materialanhäufung in den Metalldurchbrüchen, so deformiert wird, daß z. B. Wasser, Grenzwirbelbildung erreicht.
Eine solche Grenzwirbelbildung ist durchaus positiv anzusehen, weil die Ablagerung der Fremdstoffe, die im Wasser mitgeführt werden, erschwert ist. Ablagerungen (im Wasser mitgeführte Festkörper) die bei geschlossenem Wassersystem auftreten, werden durch die Grenzwirbelbildung bei Wasserentnahme aus dem Rohrsystem ausgespült. Zuwachsen des Rohrquerschnittes wird durch die Grenzwirbelung wesentlich verzögert wenn nicht sogar vermieden.
Durch die entsprechende Anordnung der Durchbrüche in metallischem Werkstoff kann ferner erreicht werden, daß z. B. im Anwendungsbereich Rohre auf den Einsatz von Fittings bestimmter Art z. B. Winkel oder Bögen verzichtet werden kann, weil erfindungsgemäß aufgebaute Rohre flexibel genug gestaltet werden können, um in sich eine Abknickung zu erzielen. Metallische Grundkörper, die etwa aufgebaut sind wie z. B. "Panzerschläuche" und mit entsprechend gestalteten Durchbrüchen versehen sind gestatten durchaus den Einsatz als sogenannte "Flexrohre".
Ähnliches gilt für metallische Gewebeprodukte. Hierbei ist immer darauf zu achten, daß entsprechend der Verarbeitungstechnik die Relation Durchbruch, Art des Durchbruches, Häufigkeit des Durchbruches, im richtigen Verhältnis zum verleibenden Querschnitt entwickelt wird. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit der Testversuche zu erheben, kann hier gesagt werden, daß Durchbrüche, die bis zu 70 9io der Gesamtfläche des metallischen Werkstoffes ausmachen, immer noch hervorragende Festigkeitswerte - gemessen am "Nur-Chemiewerkstoff" ergaben.
Dabei hergestellte sickenartige schwache Deformationen der verbleibenden Stege ergaben wirkungsvolle Steigerungen der mechanischen Festigkeit.
Die beigefügte Zeichnung versucht,die beiden grundsätzlichen Verfahren zur rationellen Herstellung des metallischen Werkstoffes,zu beschreiben, lediglich als zwei Lösungsbeispiele des Erfindungsgedankens, von vielen Möglichkeiten.
Die Abbildungen 1 - 4 zeigen ein gleichmäßig dickes Ausgangsmaterial (Abb.l). Dieses Material wird durch Meißeln, Kerben, Schlitzen entsprechend dem Erfindungsgedanken vorbereitet.
Anschließend werden die nicht vorbereiteten Partien dünner gewalzt (Abb.3) Abb. 4 zeigt die Draufsicht auf ein erfindungsgemäß hergesteU-tes Band. (1) ist das Band. (2) ist der Walzbereich. (3) ist der Spannungsausgleichsbereich. (4) ist der Übergangsbereich zum Durchbruch. (5) ist der Durchbruch.
Die Abbildungen 5 - 8 zeigen denselben Verlauf mit dem Unterschied, daß hier ein Ausgangswerkstoff unterschiedlicher Dicke mit Durchbrüchen versehen und anschließend auf gleiche Dicke gewalzt wird.

Claims

Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Schut zansprüche 1) Verbundwerkstoff und Verfahren'zu seiner Herstellung, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Werkstoff gleicher und/oder unterschiedlicher Wanddicke unter Anwendung von Wärme und/oder Druck und/oderBewegung spannungsfreie, verlustfreie Oberflächenmarkierungen und/oder definierte Durchbrüche erhält und daß Chemiewerkstoffe den metallischen Werkstoff ganz oder teilweise umhüllen bzw. umgekehrt.
2) Nach Anspruch 1) dadurch geknnzleichnet, daß die Durchbrüche bzw. Oberflächenmarkierungen im metallischen Werkstoff durch rotierende und/oder oszillierende Werkzeuge hergestellt werden, wobei der metallische Werkstoff in Bewegung ist und zeitweiligen oder dauernden Temperatureinflüssen ausgesetzt wird.
3) Nach den Ansprüchen 1)und 2) dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach der Herstellung der Durchbrüche, bzw. der Oberflächenmarkierungen, Querschnittsveränderungen am metallischen Werkstoff vorgenommen werden.
4) Nach den Ansprüchen 1) - 3) dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung des metallischen Werkstoffes vor und/ oder während und/oder nach der Herstellung der Durchbrüche bzw. der Oberflächenmarkierungen durchgeführt wird.
5) Nach Anspruch 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden und/oder oszillierenden Werkzeuge senkrecht zur Fläche des metallischen Werkstoffes wirken.
6) Nach Anspruch 5) dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden und/oder oszillierenden Werkzeuge andere Einstellungen -als "senkrecht" zur Fläche des metallischen Werkstoffes, haben.
7) Nach den Ansprüchen 2) - 6) dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkzeuge und/oder des metallischen Werkstoffes die Form und/oder die Kantenbeschaffenheit der Durchbrüche bzw. der Oberflächenmarkierungen beeinflußt wird.
8) Nach den Ansprüchen 2) - 7) dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge, welche den metallischen Werkstoff bearbeiten mehrere Funktionsbewegungen, gleichzeitig oder nacheinander, ausführen.
9) Nach Anspruch 8) dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Werkzeuge, welche den metallischen Werkstoff bearbeiten, konzentrisch oder exzentrisch wirken.
10) Nach den-Ansprüchen 1) bis 9) dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung des metallischen Werkstoffes durch rotierende und/oder oszillierende Werkzeuge, von einer oder mehreren Seiten des metallischen Werkstoffes gleichzeitig und/oder nacheinander folgend, durchgeführt wird.
11) Nach den Ansprüchen 1) bis 10) dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff nach seiner Fertigstellung durch mechanische und/oder thermische und/oder chemische und/oder elektrische Nachbehandlung für die Verbindung mit Chemiewerkstoffen vorbereitet wird.
12) Nach den Ansprüchen 1) bis 11) dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff im wazwarmen Zustand durch ineinander verzahnt laufende Schneid- oder Meißelwatzen durchgeführt wird, wobei in parallelen, in gewissem Abstand voneinander befindlichen Bahnen, nach beiden Werkstoffseiten Stege ausgedrückt werden, die im nachfolgenden Walzvorgang durch das dünner Walzen der, zwischen den Stegreihen sich befindenden Partien, auseinandergezogen werden und somit Durchbrüche bilden, wobei das querschnittvermindernde Walzen auf einer solchen Breite vorgenommen wird, daß die Enden der Einschnitte ebenfalls dünner gewalzt werden und durch den bei diesem Walzvorgang stattfindenden Materialfluß miteinander verschweißt werden (Spannungsausgleichsbereich) und in einem weiteren Walzgerüst das Zurückdrücken der ausgebeulten Stege in die Werkstoffebene durch planwalzen erfolgt. (Abb. 1-4)
13) Nach den Ansprüchen 1) bis 11) dadurch gekennzeichnet, daß breitere Durchbrüche bei gleicher oder wenig unterschiedlicher Stärke erzeugt werden können, wenn dem unter Anspruch 12) geschilderten Verfahren metallischer Werkstoff zugeführt wird, welcher in den Bereichen, die nach dem Ausdrücken der Stege einer Querschnittsverminderung unterzogen werden um die Schlitze in den Stegreihen zu Durchbrüchen auseinanderzuziehen, eine höhere Werkstoffdicke aufweisen, so daß nach erfolgter Reckung und Planwalzung der metallische Werkstoff an allen Stellen gleiche bzw. wenig unterschiedliche Dicke aufweist. (Abb. 5-8)
14) Nach den Ansprüchen 1) bis 13) dadurch gekennzeichnet, daß positive und/oder negative Unebenheiten der Oberfläche der Innen- und/oder Außenschicht entstehen.
15) Nach Anspruch 14) dadurch gekennzeichnet, daß symmetrische und/oder unsymmetrische Oberflächen der Innen- und/oder Außenschicht entstehen.
16) Nach den Ansprüchen 14) und is) dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes als Profil z.B.

Rohre, Befestigungsstege für Einzelbefestigung und/oder Gruppenverbindung mit hergestellt werden.
17) Nach den Ansprüchen 14) bis 16) dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleiche und/oder ungleiche Profile in einem Verbund hergestellt werden.
18) Nach den Ansprüchen 1) bis 17) dadurch gekennzeichnet, daß in einem in den Extruder gebauten Querspritzkopf (Winkdanordnung) mehrere metallische Rohlinge gleichzeitig mit Chemiewerkstoff ausgerüstet werden.
19) Nach den Ansprüchen 1) bis 17) dadurch gekennzeichnet, daß in einem Querspritzkopf (Winkelanordnung) mehrere Rohlinge aus Chemiewerkstoff oder Chemiewerkstoffkombinationen mit metallischen Stabilisierungen ausgerüstet werden.
20) Nach den Ansprüchen 18) und 19) dadurch gekennzeichnet, daß die zur gleichzeitigen Ausrüstung vorgesehenen Rohlinge unter Anwendung von Zug und/oder Druck durch den Querspritzkopf und die Folgeeinrichtungen geführt werden.
21) Nach Anspruch 20) dadurch gekennzeichnet, daß durch definitive Regelung der Innen- und/oder Außendruckverhältnisse (sowohl Überdruck als auch Unterdruck), die mit Chemiewerkstoff ausgefüllten Durchbrüche des metallischen Werkstoffes so deformiert werden, daß ein erhöhter Widerstand gegenüber Innen- und/oder Außendruck entsteht.