DE2733495A1 - Draht- oder faser-verstaerktes verbundbauteil - Google Patents

Draht- oder faser-verstaerktes verbundbauteil

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DE2733495A1 DE19772733495 DE2733495A DE2733495A1 DE 2733495 A1 DE2733495 A1 DE 2733495A1 DE 19772733495 DE19772733495 DE 19772733495 DE 2733495 A DE2733495 A DE 2733495A DE 2733495 A1 DE2733495 A1 DE 2733495A1
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Description

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Beschre ibung:
Die Erfindung betrifft ein Draht- oder Faser-verstärktes Verbundbauteil, insbesondere ein druckfestes Rohr.
Ve.-bundbauteile der genannten Art werden in steigendem Maße an solchen Stellen verwendet, an denen das Gewicht von hochfesten Bauteilen von ausschlaggebender Bedeutung ist, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, aber auch im Fahrzeugbau und in der Waffentechnik. Bei hohen Betriebstemperaturen oder besonderen Anforderungen an die Abriebfestigkeit verwendet man vorwiegend Draht- oder Faser-verstärkte Metallteile, die dann meist ein relativ hohes Gewicht haben und deren Herstellung wegen der Schwierigkeiten beim Einbetten von Fasern in metallische Matrixwerkstoffe sehr aufwendig ist. An Stellen, wo größter Wert auf Gewichtsersparnis oder die preisgünstige Herstellung gelegt wird, verwendet man vorwiegend Faser-verstärkte, insbesondere Glasfaser-verstärkte Kunststoffe. Derartige Bauteile eignen sich aber nicht für den Einsatz bei hohen Betriebstemperaturen und besitzen für viele Zwecke keine ausreichende Abriebfest '.gkeit oder Oberflächengüte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbundbauteile für den Einsatz im Grenzgebiet zwischen den beiden beschriebenen Anwendungsbereichen zu schaffen, die möglichst leicht, preisgünstig herzustellen und wenigstens an höher beanspruchten Stellen gute Oberflächeneigenschaften aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer Metallplatte mehrere Lagen von mit einem aushärtbaren Kunststoff beschichteten Drähten oder Verstärkungsfasern angeordnet sind, und daß der die Drähte miteinander und mit der Metallplatte fest verbindende und ausgehärtete Kunststoff die Räume zwischen den Drähten und zwischen der Metallplatte und den Drähten ausfüllt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen Insbesondere darin, daß derartige Bauteile ein geringeres Gewicht haben als gleich* feste Metallteile, aber höhere Festigkeit und bessere Oberflächeneigenschaften als entsprechende'Kunststoffteile.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Metallplatte zu einem nahtlosen Rohr geformt und die mit Kunststoff beschichteten Drähte sind auf das Rohr aufgewickelt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung 1st das Rohr aus einer Aluminiumlegierung nahtlos gepreßt und die mit Vorspannung auf das Rohr gewickelten Drähte sind Stahldrähte.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil einer hohen Schlagfestigkeit und einer guten Formstabilität gegenüber entsprechenden Aluminiumrohren.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Drähte Glasfasern oder mit dem Kunststoff getränkte Glasfaserbündel.
Bauteile nach dieser Ausgestaltung haben den Vorteil eines besonders niedrigen spezifischen Gewichtes und lassen sich besonders preisgünstig herstellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Aluminiumrohr vor dem Aufwickeln der Drähte warm ausgehärtet und seine Innenwand ist mit einer Hartcoat-Schicht bedeckt.
Rohre nach dieser Ausgestaltung eignen sich besonders für den Einsatz als Zylinderrohre in Hydraulik- und Pneumatik-Anlagen, sie können auch als Druckleitungen verwendet werden, da eine kontinuierliche Fertigung unschwer möglich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung 1st dem Kunststoff Metallpulver oder Silizium-Karbid-Pulver beigemischt.
Diese Ausgestaltung hat Insbesondere den Vorteil, daß sich die Kunststoffoberflächen spanend bearbeiten lassen, sehr abriebfest sind und In Ihrem Aussehen weitestgehend Metallflächen entsprechen.
FQr den Einsatz an Stellen, bei denen an die Oberflächengüte des gesamten Bauteils besondere Anforderungen gestellt werden, 1st eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, bei der die Lagen von mit Kunststoff umgebenen Drähten zwischen zwei Metallplatten angeordnet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Metallplätten zu nahtlosen Rohren geformt und die Drähte ▼erlaufen parallel zur Rohrachse.
Diese Ausgestaltung 1st besonders vorteilhaft für Rohre, die auf Stauchung und Biegung beansprucht werden, beispielsweise für Flugzeug-Fahrgestelle .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind In der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein planes Verbundbauteil,
Fig. 2 ein Rohr mit Draht-Verstärkung,
Fig. 3 ein Rohr mit Faser-Verstärkung,
Flg. K ein planes Verbundbauteil mit zweiseitigem Metallbelag,
Fig. 5 ein Metallrohr mit axialer Verstärkung.
In Flg. 1 ist als Beispiel eine Metallplatte 1, die ein beliebiges Profil haben kann und aus einer Aluminiumlegierung bestehen kann, alt einer Schicht aus Kunststoff 3 verbunden, in die Verstärkungs-Drähte oder -Fasern 2 eingebettet sind. Die Herstellung dieses
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Bauteils geschieht zweckmäßigerweise so, daß die entsprechende Oberfläche der Aluminiumplatte 1 gereinigt wird, daß die vorher*mit einem zähflüssigen Kunststoff 3 beschichteten Drähte 2 auf die Platte 1 aufgelegt werden, eventuell unter Hinzufügung weiteren Kunststoffes 3 zwischen den Lagen der Drähte 2. Nachdem der zähflüssige Kunststoff 3 verlaufen ist und alle Zwischenräume 5 zwischen den Drähten 2 und der Platte 1 ausgefüllt hat, wird dem Kunststoff Gelegenheit zum Aushärten gegeben. Zweckniäßigerweise geschieht das Aushärten in einer Form, die ein Herablaufen des Kunststoffes 3 von der Platte 1 verhindert. Bei kontinuierlicher Herstellung geschieht das Aushärten des Kunststoffes 3 zweckmäßigerweise zwischen Begrenzungsblechen, die in herkömmlicher Weise gegen ein Verkleben mit des Kunststoff 3 geschützt sind.
Als Kunststoff 3 hat sich hierbei ein Kunstharz bewährt, das unter dem Handelsnamen Hetalix erhältlich ist. Hetalix A enthält bereits Aluminiumpulver verschiedener Korngrößen, das ausgehärtete Gemisch hat daher etwa die Farbe einer normalen Aluminiumoberflache. Hetalix S enthält ein Metallpulver aus Stahlteilchen und gereinigtem Silizium-Karbid und ergibt eine außerordentliche abriebfeste Oberfläche, die ebenfalls ein metallisches Aussehen aufweist.
Fig. 2 zeigt ein Metallrohr 4, das mit mit Kunststoff 3 beschichteten Drähten 2 unter Vorspannung bewickelt wurde, wobei dec Kunststoff 3 wiederum die Zwischenräume 5 zwischen den Drähten 2 und des Metallrohr 4 ausfüllt und dann aushärtet. Die Bewicklung des Metallrohres 4 mit den beschichteten Drähten 2 erfolgt zweckmäßigerweise in Lagen, wobei die Anzahl der aufgebrachten Wickellagen den Anforderungen an das fertige Bauteil und den gewünschten Endabmessungen angepaßt wird. Mit 7 ist die Innenfläche des Metallrohres 4 bezeichnet, die je nach dem Verwendungszweck des Bauteils vor dem Bewickeln behandelt wurde.
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In Fig. 3 1st ein Metallrohr 4 dargestellt, dessen Innenfläche 7 entsprechend den Anforderungen an das Bauteil mit einer Harteoat-Schicht 8 beschichtet ist. Als Verstärkung sind In die Kunststoffschicht 3 Faserbündel 6 eingebettet, die ebenfalls lagenweise aufgebracht sind. Mit 9 sind die im Kunststoff 3 enthaltenen Metallteilchen oder Slllzium-Karbld-Tellchen bezeichnet. Für den Einsatzzweck als Hydraulik-Zylinder wird das Metallrohr 4 aus einer hochfesten Aluminiumlegierung bestehen und auf einer Strangpresse nahtlos gepreßt sein. Nach dem Pressen empfiehlt sich ein Ziehvorgang, dem ein Aushärten des Werkstoffs unter Wärmeeinfluß folgt. Danach kann je nach den Anforderungen und der beim Ziehen erzielten Oberflächenrauhigkeit eine Bearbeitung der Innenfläche 7 erfolgen. Danach wird auf der Innenfläche 7 eine Hartcoat-Schicht 8 erzeugt, wonach sich das bereits beschriebene Bewickeln mit Kunststoff beschichteten Drähten oder Faserbündeln 6 anschließt. Geschieht das 3ewickeln in einem kontinuierlicher. Fertigungsgang, schließt sich nach dem Aushärten des Kunststoffes 3 das Ablängen des Rohres an.
Bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren gibt es bezüglich der Rohrabmessung und der Faserart kaum Irgendwelche Einschränkungen. Bei kontinuierlicher Herstellungsweise können auf diese Weise auch lange flexible Druckleitungen erzeugt werden. Für spezielle Einsatzzwecke läßt sich die Oberfläche des Kunststoffs 3 auch noch spanend bearbeiten. ZyIInderboden können wie bei konventionellen Aluminium-Zylinderrohren durch Sprengringe oder Zuganker befestigt werden.
In einem Beispiel wurden als Rohre 4 Aluminiumrohre aus einer AlMgSi o,5 Legierung mit 2 mm Wandstärke und einem Durchmesser von 84 mm verwendet, die eine Zugfestigkeit von 11 kp pro mm hatten.
Für die Verstärkungsdrähte 2 wurde ein Stahldraht mit 0,15 mm Durch
p messer und einer Zugfestigkeit von 250 kp pro mm verwendet. Das bereits beschriebene mit Metallpulver angereicherte Kunststoffharz
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erreicht eine Druckfestigkeit von 11,3 kp pro imn und ist bei Temperaturen zwischen - 50 0C und + l80 0C verwendbar. Das fertige Verbundrohr hatte einen Innendurchmesser von 80 mm, -«inen Außendurchmesser von 90 nun'und hatte ein spezifisches Gewicht von 4,3 ρ pro cnr. Bei einem Stahlgehalt des Rohres von 33 Vol.-J^ wurde ein Berstdruck von I300 atü. erreicht. Ein Stahlrohr etwa gleicher Abmessung hätte etwa das doppelte Gewicht gehabt.
In Fig. 4 ist schematisch ein Bauteil dargestellt, das aus Metallplatten 1 und 10 besteht, zwischen denen in Kunststoff 3 eingebettete Verstärkungs- Drähte oder -Fasern angeordnet sind, wobei die Zwischenräume 5 mit Kunststoff 3 ausgefüllt sind.
In Fig. 5 ist als Beispiel ein Verbundrohr dargestellt, das aus einem Innenrohr 11, einem Außenrohr 12 und zwischen beiden Rohren liegender Kunststoffschicht 3 besteht. Ir. der Kunststoffschicht sind Verstärkungsdrähte 2 angeordnet, die in diesem Fall in axialer Richtung verlaufen. Dieses Rohr ist für hohe Biege- und Stauchbeanspruchungen geeignet, wie sie beispielsweise bei Flugzeug -Fahrwerken auftreten. Selbstverständlich ist es auch möglich Lagen aus gewickelten Verstärkungsdrähten 2 und längslaufenden Drähten 2 in der Kunststoffschicht 3 anzuordnen. Es kann sich auch empfehlen, daß Außenrohr 12 erst nach dem Aushärten der Kunststoffschicht 3 aufzuziehen und auf den gewünschten Innendurchmesser zu verformen.
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-f
Leerseite

Claims (1)

  1. Feiten A Gullleaume Carlswerk AG Köln, den 21. Juli 1977
    Schanzenstraße Pl 4399 Do/Du
    Köln 80
    Draht- oder Faser-verstärktes Verbundbauteil
    Ansprüche:
    1. Draht- oder Faser-verstärktes Verbundbauteil, d ad u r e h gekennzeichnet, daß auf einer Metallplatte (1) mehrere Lagex» von mit einem aushärtbaren Kunststoff (3) beschichteten Drähten (2) oder Verstärkungsfasern angeordnet sind, und daß der die Drähte (2) miteinander und mit der Metallplatte (1) fest verbindende und ausgehärtete Kunststoff (3) die Räume (5) zwischen den Drähten (2) und zwischen der Metallplatte (I) und den Drähten (2) ausfüllt.
    2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (1) zu einem nahtlosen Rohr (4) geformt 1st und daß die mit Kunststoff (3) beschichteten Drähte (2) auf das Rohr (4) gewickelt sind.
    3· Verbundbavttell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ,daß das Rohr (4) aus einer Aluminiumlegierung nahtlos gepreßt ist, daß die. mit Vorspannung auf das Rohr (4) gewickelten Drähte (2) Stahldrähte sind.
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    ORIGINAL INSPECT»
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    4. Verbundbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS die Drähte (2) Glasfasern oder mit dem Kunststoff (3) getränkte Glasfaser-Bündel (6) sind.
    5. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) vor dem Aufwickeln der Drähte (2) warm ausgehärtet ist und seine Innenwand (7) alt einer Hartcoat-Schlcht (8) bedeckt 1st.
    6· Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daS dem Kunststoff (}) Metallpulver oder SlllziUB-Karbid-Pulver (9) beigemischt ist.
    7· Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen von mit Kunststoff (3>) umgebenen Drähten (2) zwischen zwei Metallplatten (l und 10) angeordnet sind.
    8. Verbundbautell nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (1 und 10) zu nahtlosen Rohren (11 und 12) geformt sind und daß die Drähte (2) parallel zur Rohrachse verlaufen.
    909807/0040
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