DE7322606U - Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen - Google Patents
Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten BauteilenInfo
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Description
ja · ·
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.·'
.' 1 f
Bekannt sind verschiedene 'Möglichkeiten zur Einbettung von Verstärkungs-Drähten
oder -Fäden in einen Matrix-Werkstoff. So ist
Fl 41IJa 15. Juni 1973 - 2 -
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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Fl 4llja 15. Juni I973 - 3 -
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
(It f ( le
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Pl 4113a 15. Juni 1Q7?
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
Pl in 15a 15. Juni 1973 - 8 -
-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)
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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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).
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7322606U true DE7322606U (de) | 1974-08-29 |
Family
ID=1294298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7322606U Expired DE7322606U (de) | Preßblock zur Herstellung von draht- oder faserverstärkten Bauteilen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7322606U (de) |
Cited By (1)
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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- DE DE7322606U patent/DE7322606U/de not_active Expired
Cited By (1)
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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