DE7322606U - Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen - Google Patents

Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen

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DE7322606U
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Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
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Anmelder: Feiten & Guilleaume Kabelwerke Akt iengesells chaft 5 Köln Schanzenstraße
Fl 4113a 5 Köln-Mülheim, den 15. Juni
Do/Zu
Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen ..r>
( Die Erfindung betrifft einen Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen, bei dem Verstärkungs-Drähte oder -Fäden mit Matrix-Werkstoff auf ein Formteil aufgewickelt sind. Er dient zum Strangpressen dieser Bauteile, vorzugsweise von Profilen aus Aluminium, durch Stahl ader-Kohlenstoffäden verstärkt. Λ.·'
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Bekannt sind verschiedene 'Möglichkeiten zur Einbettung von Verstärkungs-Drähten oder -Fäden in einen Matrix-Werkstoff. So ist
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bekannt, zur Herstellung von Gegenständen und Halbzeug aus Verbundwerkstoffen mit metallischer Matrix und mit zumindest stellenweise eingelagerten Verstärkungsmaterialien in Form von Drähten« Fäden, Fasern, Bändern oder Folie die mit Metall beschichteten Verstärkungsmaterialien auf ein Formteil anzuordnen und das Metall nach Art des Widerstandsschweißens durch direkten Stromdurchgang kurzzeitig bis zum Aufschmelzen an den gegenseitigen Berührungsstellen zu erhitzen. Hierbei können die zu verbindenden Materialien während des Erhitzens einem verdichtenden Druck ausgesetzt werden. Für die Herstellung des Verbundes ist auch das Strangpressen bekannt. (DT-OS 2 147 735) Wenn hierbei die hohe Festigkeit von Verstärkungs-Drähten oder -Fäden voll ausgenutzt werden soll, so müssen für die Beschichtung der Verstärkungs-Drähte oder -Fäden mit Matrix-Werkstoffen aufwendige und somit teure Vorrichtungen verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausgangsmaterial zur Herstellung von größeren und komplizierten draht- oder faserverstärkten Bauteilen zu schaffen, bei dem unbeschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden unter voller Ausnutzung der ursprünglichen Festigkeit verwendet werden können und bei dem die Lage und Orientierung der Verstärkungs-Drähte oder -Fäden im fertigen Bauteil in weiten Grenzen beeinflußt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Preßblock gelöst, bei dem unbeschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden zusammen mit Drähten aus Matrix-Werkstoff in dichter Packung auf einen spulenförmigen Wickelkörper aus Matrix-Werkstoff aufgewickelt sind und von einem Topf aus Matrix-Werkstoff umgeben werden, wobei der ganze Preßblock zylinderförmig ist.
In einer Ausgestaltung ist der Matrix-Werkstoff Aluminium und die Verstärkungs-Drähte bestehen aus hochfestem Stahl oder die Verstärkungs-Fäden sind als endlose Kohlenstoff-Fäden ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden und die Drähte aus Mctrix-Werkstoff jeweils in getrennten Lagen gewickelt.
Zur Erzielung einer dichteren Wickelpackung ist es erfindungsgemäP vorteilhaft, wenn die Dräute einen unrunden Querschnitt besitzen, insbesondere daß die Drähte aus Matrix-Werkstoff Blechstreifenform besitzen.
Zur Erzielung gewebeähnlicher Draht- oder Fadenanordnungen im fertigen Profil ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Drähte oder Blechstreifen aus Matrix-Werkstoff vor dem Aufwickeln ihrerseits mit Verstärkungs-Drähten oder -Fäden bewickelt sind. Bei Verwendung bestimmter Werkstoffe kann es erfindungsgemäß erforderlich sein, daß bereits mit Matrix-Werkstoff beschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden aufgewickelt sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden vor dem Aufwickeln auf den Wickelkörper mit den Drähten aus Matrix-Werkstoff verseilt } dieses Seil ist in einei° Preßmatrize verdichtet und besitzt einen unrunden Querschnitt.
Für die Vermeidung von Torsionserscheinungen im belacteten Profil ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, die* Verstärkungs-Drähte oder -Fäden und die Drähte aus Matrix-Werkstoff und/oder die Seile aus beiden lagenweise mit wechselnder Schlag- und/oder Wickelrichtung zu wickeln.
Sollen die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden etwa senkrecht zur Längsachse im fertigen Profil liegen, beträgt erfindungsgemäß das Verhältnis des Querschnitts Q des Preßblocks zum Querschnitt des ausgepreßten Profils q etwa 1:1, sollen die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden etwa parallel zur Längsachse des fertigen
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Profils liegen, ist das Verhältnis erfindungsgemäß größer als 5:1.
Sollen die Verstärkungs-Drähte oder -Faden im ausgepreßten Profil möglichst gleichmäßig verteilt sein, so ist es erfindungsgemäß, wenn auch der Wickelkörper aus draht- oder faserverstärktem Matrix-Werkstoff besteht.
Für bestimmte Oberflächeneigenschaften des ausgepreßten Profils besteht in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der den Wickelkörper umhüllende Topf aus einem anderen Werkstoff als der Wickelkörper und die aufgewickelten Drähte aus Matrix-Werkstoff.
Soll der Preßblock zur Herstellung von Hohlprofilen, wie z.B. Rohren, dienen, so wird er in einer weiteren Ausgestaltung hohl mit entsprechendem Innenprofil gestaltet.
Für bestimmte Oberflächeneigenschaften an der Innenseite des ausgepreßten Hohlprofils besteht der hohle Wickelkörper erfindungsgemäß aus einem anderen Werkstoff als die aufgewickelten Drähte aus Matrix-Werkstoff.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß P* es mit dem erfindungsgemäßen Preßblock möglich ist, unter Benutzung herkömmlicher Strangpressen und bei Verwendung von unbeschichteten, also preiswerten Verstärkungs-Drähten oder -Fäden hochfeste Bauteile mit fast beliebigen Matrix-Werkstoffen herzustellen. Die Verbindung zwischen Verstärkungs- und Matrix-Werkstoffen ist so intensiv, daß auf die aufwendigen und ^ntwicklungsintensiven Vorrichtungen für die Beschichtung von Verstärkungs-Drähten oder -Fäden verzichtet v/erden kann. Auch das in der Fachwelt weit verbreitete Vorurteil, daß sich derartige Wickelkörper, insbesondere mit hochfesten Stahldrähten bewickelt, nicht in
einer Strangpresse verarbeiten ließen, ist damit widerlegt. Die Erfindung zeigt, daß sich zahlreiche Matrix-Werkstoffe unter den Druck- und Temperaturbedingungen in der Strangpresse ähnlich wie Schmierstoffe beim Auspressen der Wicklungen von Verstärkungs-Drähten oder -Fäden verhalten.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, deren Aufbau im folgenden naher beschrieben ist. Es zeigen:
Pig. 1 den Preßblock in eine Presse zum Verdichten eingelegt,
Fig. 2 den verdichteten Preßblock in einer Strangpresse im Betrieb.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Preßblocks werden unbeschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden 1 zusammen mit Drähten aus Matrix-Werkstoff 2 von Vorratsspulen abgezogen, im Durchlauf durch Flüssigkeitsbäder von etwa anhaftenden Verunreinigungen befreit und durch nachgeschaltete Abstreif-Vorrichtungen und/oder eine induktive Ausheizung gereinigt und unmittelbar danach unter Vorspannung auf den spulenförmigen Wickelkörper aus Matrix-Werkstoff 3 aufgewickelt. Der bis zur Höhe der Spulenflanschen 4- und 5 bewickelte Wickelkörper 3 wird sodann in einen Topf aus Matrix-Werkstoff β, beispielsweise Aluminium, eingelegt, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Flanschen 4 und 5 des Wickelkörpers 3 entspricht. Zur Vermeidung von Inhomogenitäten im später daraus hergestellten Bauteil wird dieser Topf 6 vorteilhaft einstückig ausgeführt, d.h. durch Tiefziehen, durch Ausdrehen von Vollmaterial oder durch einen ähnlichen Arbeitsgang hergestellt. Der aus bewickeltem Wickelkörper 3 und- Topf β bestehende Preßblock 7 wird in einem Induktionsofen auf eine Temperatur aufgeheizt, die die Festigkeitseigenschaften der aufgewickelten Verstärkungs-Drähte oder -Fäden 1 noch nicht beeinflußt, aber die Bildung von Reaktions-
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schichten zwischen Verstärkungs- und Matrix-Werkstoff beim anschließenden Verdichten begünstigt. Der warme Preßblock 7 wird sodann in einer Presse 8, 9* 10 unter Druck gesetzt, wobei eventuell verbliebene Lufteinschlüsse im Preßblock 7 entweichen können und eine den späteren Fließvorgang erleichternde tonnenförmige Verformung des Preßblocks 7 erfolgt. Mach dem Einbringen des verdichteten Preßblocks 7 in eine Strangpresse 13 oder nach dem Einsetzen der dem gewünschten Profil entsprechenden Preßform in die zum Verdichten benutzte Presse wird der Preßblock 7 zu dem gewünschten Profil 11 ausgepreßt.
M Je nach dem Verwendungszweck der hergestellten Profile 11 werden als Verstärkungs-Drähte 1 hochfeste Stahldrähte, als Verstärkungs-Fäden 1 vorzugsweise endlose Kohlenstoffäden verwendet. Soll der Anteil an Verstärkungswerkstoff im fertigen Bauteil 11 besonders hoch sein, so ist es vorteilhaft, beim Aufwickeln die Drähte aus Matrix-Werkstoff 2 ganz oder teilweise durch mit Matrix-Werkstoff beschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden zu ersetzen. Soll das fertige Profil 11, was insbesondere für Hohlprofile gewünscht werden kann, aus wechselweise aufeinander folgenden Schichten von reinem oder an Verstärkungs-Werkstoffen armen Matrix-Werkstoff und Schichten, die hohe Anteile an Verstärkungs-Werkstoff enthalten, bestehen, so ist es vorteilhaft, Drähte aus Matrix-Werkf| stoff 2 und Verstärkungs-Drähten oder -Fäden 1 schichtweise aufzuwickeln. In diesem Fall kann eine Schicht aus Matrix-Drähten 2 vorteilhafterweise durch einen um den Wickelkörper 3 gelegten Blechstreifen aus Matrix-Werkstoff ersetzt werden. Das Blech aus Matrix-Werkstoff kann auch in Form von Scheiben vom Durchmesser der Flansche 4 und 5 mit Zwischenabständen auf den Wickelkörper 3 aufgesteckt werden, wonach die so entstandenen Zwischenräume zwischen den Matrix-Scheiben nacheinander oder auch gleichzeitig mit Verstärkungs-Drähten oder -Fäden voll gewickelt werden. Werden besonders hohe Anteile von Ve."stärkungs-Werkstoff im ferti-
gen Bauteil gewünscht, so können anstelle von Drähten oder Blechstreifen aus Matrix-Werkstoff solche aus bereits faserverstärktem Matrix-Werkstoff verwendet werden.
Werden die Drähte 2 oder Blechstreifen aus Matrix-Werkstoff vor dem Aufwickeln ihrerseits mit Verstärkungs-Drähten oder -F'iden bewickelt, so ergibt sich im fertigen Profil 11 eine gewebeähnllche Draht- oder Fadenanordnung.
Wicklungen der bisher beschriebenen Art werden immer einen gewissen Anteil an Lufteinschlüssen enthalten, da sich die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden mit ihrem runden oder doch wenigstens abgerundeten Querschnitt nicht auf ihrer ganzen Fläche an j
den Matrix-Werkstoff anlegen. Die Lufteinschlüsse können zu einer |
gewissen Porösität im fertigen Profil führen. Eine Verminderung j
der Lufteinschlüsse ergibt sich bereits, wenn die Drähte aus \
Matrix-Werkstoff einen unrunden Querschnitt besitzen, wenn ihr J
Querschnitt also beispielsweise quadratisch, rechteckig oder [
sechseckig ist. Eine weitere Verminderung von Lufteinschlüssen f ergibt sich, wenn die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden vor dem . ι Aufwickeln auf den Wickelkörper mit Drähten aus Matrix-V/erkstoff
verseilt werden, insbesondere, wenn das so entstandene Seil vor ;
dem Aufwickeln in einer Preßmatrize verdichtet wird und hierin j
zu einem unrunden, beispielsweise quadratischen, rechteckigen ]
oder sechseckigen Querschnitt verformt wird.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung der Verstärkungs-Drähte oder -Fäden im fertigen Profil ergibt sich, insbesondere bei Hohlprofilen, wenn das Aufwickeln der Verstärkungs-Drähte und/ oder -Fäden und Drähte aus Matrix-Werkstoff oder der Seile aus beidem lagenweise mit wechselnden Schlag- und/oder Wickelrichtung η erfoügt. Hierbei ergeben sich im fertigen Profil mehrere ineinander liegende Schichten von Verstärkungs-Drähten oder
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-Fäden in etwa wendeiförmiger Anordnung, wobei die Wendel der f einzelnen Lagen jeweils entgegengesetzte Wickelrichtungen auf- '* weisen. Diese Anordnung des Verstärkungswerkstoffes wirkt der Neigung des fertigen Profils entgegen, bei Belastung in sich zu tordieren.
Bei einigen der vorstehend aufgeführten Wickelarten ist es vorteilhaft, den bewickelten Wickelkörper oder Preßblock vor dem nun folgenden Einbringen in den Induktionsofen in einer Presse kalt vorzuverdichten, um die Lufteinschlüsse bereits \?or dem Aufheizen zu entfernen oder wenigstens zu vermindern.
Bei der Verwendung bestimmter Werkstoffe, insbesondere, wenn hochfester Stahl für die Verstärkungs-Drähte und Aluminium als Matrix-Werkstoff benutzt wird, ist es vorteilhaft, den warmverdichteten Preßblock 7 vor dem Auspressen ir· der Strangpresse 12 einem gesteuerten Abkühli.ngsprozeß zu unterwerfen. Dadurch werden sowohl die Festigkeitseigenschafte:' dieser Werkstoffe im fertigen Profil, wie auch das Fließverhalten des Rohlings während des Strangpreß-Vorganges verbessert. Ferner kann durch dieses Abkühlen die Bilc.ung von Reaktionsschichten zwischen beiden Werkstoffen, die für die Haftung der Verstärkungs-Drähte und -Fäden im Matrix-Werkstoff eine große Rolle spielen, wesentlich beeinflußt werden.
Die Lage der Verstärkungs-Drähte und -Fäden im ausgepreßten Profil kann bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Preßblocks sowohl durch die Art der Wicklung auf dem Wickelkörper als auch durch das Verhältnis vom Querschnitt Q, des Rezipienten 12 der Strangpresse I3 zum Querschnitt q des fertigen Profils 11 gesteuert werden. Beträgt das Verhältnis Q:q ungefähr 1:1, werden die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden etwa senkrecht zur Längsachse des ausgepreßten Profils liegen. Eine spiralförmige Lage der Ver-
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Fl hllja 15. Juni I973
stärkungs-Drähte oder -Fäden im ausgepreßten Profil erreicht man bei einem Verhältnis Q:q von 2:1 bis 5:1, während die Verstärkungs-Drähte und -Fäden etwa parallel zur Längsachse des ausgepreßten Profils liegen, wenn das Verhältnis Q:q größer als 5:1 gewählt wird.
Wird ein besonders hoher Gehalt an Verstärkungs-Drähten oder -Fäden besonders im Inneren des ausgepreßten Profils gewünscht, so ist es vorteilhaft, auch den Wickelkörper j5 aus draht- oder faserverstärktem Matrix-Werkstoff herzustellen.
Soll das ausgepreßte Profil bestimmte Oberflächeneigenschaften aufweisen, die sich mit dem gewählten Matrix-Werkstoff nicht erreichen lassen, so kann erfindungsgemäß der den Wickelkörper ~$ umhüllende Topf 6 aus einem anderen Werkstoff bestehen als der Wickelkörper 3 und die aufgewickelten Matrix-Drähte 2. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, kupferplattierte draht- oder faserverstärkte Aluminium-Profile oder -Rohre zu erzeugen. Sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Hohlprofile, wie z.B. Rohre erzeugt werden, erfolgt das Aufwickeln der Verstärkungs-Drähte oder -Fäden und Drähte aus Matrix-Werkstoff auf einen hohlen Wickelkörper, dessen Hohlraum nach dem Verdichten auf einen in die Strangpresse eingesetzten, entsprechend dem gewünschten Pro- ζ fil geformten Dorn paßt. Bei dieser Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, den Hohlraum des Wickelkörpers mit einem anderen Werkstoff als dem Matrix-Werkstoff auszukleiden oder den gesamten Wickelkörper ]5 aus einem anderen Werkstoff zu fertigen als die aufgewickelten Drähte aus Matrix-Werkstoff. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, innen und außen kupferplattierte, draht- oder faserverstärkte Aluminium-Rohre zu erzeugen.

Claims (13)

Pl 4113a 15. Juni 1973 - 1 - Schutzansprüche:
1. Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen, bei dem die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden mit Matrix-Werkstoff auf ein Formteil aufgewickelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß unbeschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden (1) zusammen mit Drähten aus Matrix-Werkstoff (2) in dichter Packung auf einen spulen- , , förmigen Wickelkörper (Ji) aus Matrix-Werkstoff aufgewickelt sind und von einem Topf (6) aus Matrix-Werkstoff umgeben werden, wobei der ganze Preßblock (1-6, 7) zylinderförmig ist.
2. Preßblock nach Anspruch 1,dadurch gekenn zeichnet,, daß der Matrix-Werkstoff Aluminium ist und die Verstärkungs-Drähte (1) aus hochfestem Stahl oder die Verstärkungs-Fäden (1) als endlose Kohlenstoff-Fäden ausgebildet sind.
3. Preßblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden (l)
^ ) und die Drähte aus Matrix-Werkstoff (2) jeweils in getrennten Lagen gewickelt sind.
4. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte zur Erzielung einer dichteren Wickelpackung unrunden Querschnitt besitzen, insbesondere daß die Drähte aus Matrix-Werkstoff (2) Blechstreifenform besitzen.
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5. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte oder Blechstreifen aus Matrix-Werkstoff (2) zur Erzielung gewebeähnlicher Draht- oder Padenanordnungen im fertigen Profil vor dem Aufwickeln ihrerseits mit Verstärkungs-Drähten oder -Fäden (l) bewickelt sind.
6. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß bereits mit Matrix-Werkstoff beschichtete Verstärkungs-Drähte oder -Fäden (l) aufgewickelt sind.
7. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden (1) vor dem Aufwickeln auf den Wickelkörper (.3) mit den Drähten aus Matrix-Werkstoff (2) verseilt sind, daß dieses Seil in einer Preßmatrize verdichtet ist und einen unrunden Querschnitt besitzt.
8. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden (l) und die Drähte aus Matrix-Werkstoff (2) und/ oder die Seile aus beiden lagenweise mit wechselnden Schlagund/cder Wickelrichtungen gewickelt sind.
9. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Querschnitts Q des Preßblocks (7) zum Querschnitt des ausgepreßten Profils q (11) 1:1 ist, damit die Verstärkungs-Drähte oder -Fäden etwa senkrecht zur Längsachse des Profils liegen, oder daß es größer als 5:1 ist, damit sie etwa parallel hierzu biegen.
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Pl 15. Juni 1973
10. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzei cn net, daß zur gleichmäßigen Verteilung von Verstärkungs-Drähten oder -Fäden im ausgepreßten Profil auch der Wickelkörper (3) aus draht- oder faserverstärktem Matrix-Werkstoff besteht.
11. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für bestimmte Oberflächeneigenschaften des ausgepreßten Profils der den Wickelkörper (3) umhüllende Topf (6) aus einem anderen Werkstoff besteht
* als der Wickelkörper (3) und die aufgewickelten Drähte (2)
aus Matrix-Werkstoff.
12. Preßblock nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßblock (7) zur Herstellung von Hohlprofilen, wie z.B. Rohren, hohl mit entsprechendem Innenprofil gestaltet ist.
13. Preßblock nach Anspruch 12, dadurch gekennzeicnnet, daß für bestimmte Oberflächeneigenschaften an der Tnnenseite des ausgepreßten Hohlprofils der hohle Wickelkörper (3) aus einem anderen Werkstoff besteht als die aufgewickelten Drähte aus Matrix-Werkstoff (2).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016200121B3 (de) * 2016-01-08 2017-07-13 Universität Stuttgart Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils

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DE102016200121B3 (de) * 2016-01-08 2017-07-13 Universität Stuttgart Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils

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