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Verfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen
Bekanntlich können
die plastischen Stoffe in mechanischer Hinsicht besonders widerstandsfähig gemacht
werden, indem man in sie Fasern, z. B.
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Baumwoll- oder Ashestfasern, einbringt. Diese Faserzusätze wurden
zunächst in der plastischen Klasse ungeordnet verteilt. DieFasern waren in ihr somit
nach allen Richtungen ausgerichtet, und die erzeugte Klasse war annähernd isotrop.
Danach wurden iNfassen hergestellt, die mit in einer einzigen Ebene ausgerichteten
Fasern gefüllt waren, indem man in die plastische Nasse Papiere oder Gewebe einbringt.
Die so hergestellten Stoffe sind geschichtet und folglich anisotrop. Schließlich
ist man auf diesem Weg noch weiter gegangen und hat Nassen hergestellt, die mit
in einer einzigen Richtung ausgerichteten Fasern, d. h. mit parallelen Fasern gefüllt
waren. Die Stoffe mit parallelen Fasern sind gegenwärtig sehr geschätzt, da sie
in der Faserrichtung eine Zugfestigkeit haben, die derjenigen von geschichteten
Stoffen auf Gewebe-oder Papierbasis und noch mehr . derjenigen der isotropen Stoffe
weit überlegen ist. Sie geben die Möglichkeit zur bestmöglichen Ausnutzung der mechanischen
Eigenschaften der Fasern, wobei die Zugfestigkeit jeder Faser zu der ihrer Nachbarfasern
hinzukommt. Der Umstand, daß der so verstärkte Stoff seine Festigkeit nur in einer
einzigen Richtung entwickelt, ist im übrigen bei zahlreichen Anwendungen kein Nachteil,
bei denen die hauptsächliche Beanspruchung, der die Teile Widerstand leisten müssen,
nur in einer bestimmten Richtung ausgeübt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf diese neuen plastischen anisotropen
Stoffe, die durch überwiegend
in gleicher Richtung gelagerte Fasern
gefüllt oder verstärkt sind. Unter diesen Stoffen seien beispielsweise die svnthetischen
Harze des Phenol-Formaldehyd-Typs oder des Harnstoff-Formaldehyd-Typs genannt,.
die durch annähernd parallele Baumwoll-oder Leinenfasern verstärkt sind, wie sie
in der britischen Patentschrift 50I 649 beschrieben wurden, ferner die synthetischen
Harze mit einer Füllung voll annähernd parallelen Fasern aus Glas, Kieselerde, Quarz
oder Metall, wie sie beschrieben sind in der französischen Patentschrift 855 731.
l)ie Preßformung dieser Stoffe bietet gewisse Schwierigkeiten. Beispielsweise sei
die Pressung eines Flugzeugschraubenflügels betrachtet. Die in diesem Flügel eingebrachten
Fasern müssen dem lAruch der Schraube durch die Zentrifugalkraft entgegenwirken
und demnach vorzug,sweise in Längsrichtung des Flügels ausgerichtet sein. Man erzielt
dieses Ergebnis, wenn man von einer Preßmasse ausgeht, in der die Fasern schon parallel
zueinander ausgerichtet sind, und diese Masse in der Form derart anordnet, daß die
Fasern parallel zur FItigelachse liegen und diese Richtung während der Formung beibehalten.
Die Preßmasse enthiilt somit notwendigerweise ein Gerüst in Form von Kardenbändern,
Bündeln, verdrillten Fasern, Litzen, Seilen oder anderen Fäden, die aus annähernd
parallelen Fasern zusammengesetzt sind. oder von Tüchern mit parallelen Fäden oder
von in der Kette oder im Schuß dicht eingestellten Geweben, die durch ein in der
Kälte starres Bindemittel imprägniert, umihüllt oder miteinander verschweißt sind.
Diese in der Kälte starren Stähe oder Platten können sich unter dem Einfluß der
1 litze und des Drucks der Form erweichen. Sie können sich indessen unter dem Druck
der Preßform nicht verlängern, weil die fadenförmige Füllung dem entgegenwirkt.
Sie dürfen sich nicht krümmen, weil die Fasern nicht meh'r parallel wären. Sie können
sich höchstens in der Breite und Tiefe ausdehnen.
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Da der Schraubenflügel fußseitig verhältnismäßig dick ist, um nach
der Spitze zu mehr und mehr abzunehmen, müssen die Stäbe oder Platten mit verschiedenen
Längen abgeschnitten werden.
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I)araus ergibt sich eine gewisse Unstetigkeit in der Verteilung der
Masse in der Form, die z. B. durch Stufen auf der Oberfläche der gepreßten Schraube
zum Vorschein kommen kann, wobei diese Stufen den Einschnitten der Masse entsprechen.
Wenn eine Form sich auf einer so in Stufen verteilten Masse schließt, wird sie auf
die vorstehenden Ränder dieser Stufen einen übermäßigen und auf die unmittelSbar
jenseits liegenden Teile einen ungenügenden Druck ausüben. Die darunterliegenden
Schichten werden durch die örtlichen Überdrücke, die ihnen durch die Stufen aufgedrückt
werden, in Unordnung gebracht. Sie können sogar durch diese Stufen völlig abgeschert
werden.
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Der Ausschnitt der Masse und ihre Anordnung in der Form entsprechen
im übrigen niemals genau an jeder Stelle dem Querschnitt des Abdrucks der Form.
Gewisse Querschnitte erhalten zuviel Masse, andere zuwenig. Beim Fressen von pulveriger
Masse verschwinden diese Ungleichheiten, wenn die Form geschlossen wird. I)ie erweichte
Masse begibt sich selbsttätig an die Stellen, wo es an Masse fehlt. Dies erfolgt
jedoch nicht so im vorliegenden Fall bei eitler mit Fäden gefüllteil Masse. Wie
bereits oben erwähnt, verschiebt sich diese Masse nur in der lreite und Tiefe durch
den Abstand der Fäden. I)as Gleichgewicht des Drucks stellt sich daher auf einem
gegebenen Querschnitt in der Breite des Flügels senkrecht zur Richtung der Fäden,
jedoch nicht in der Länge parallel zu den Fäden ein. Daraus ergeben sich an dem
gepreßten Flügel Querschnitte mit stark zuSammengedrückter und hoher Massedichte,
die mit Querschnitten on unzureichend zusammengedrückter Masse abwechsehi, wo die
Gefahr hesteht, daß die Masse schlecht verhunden und porös ist.
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L)iese an demselben Faden an zwei oder mehreren Stellen seiner Länge
ausgeübten veränderlichen Drücke haben noch weitere Nachteile. l)ie Fäden können
sich nicht in Richtung ihrer Achse verschieben; jedoch kann sich das plastische
Bitldemittel, welches sie imprägniert oder bedeckt, in dieser Richtung verschieben.
Das Bindemittel wird daher aus den stark zusammengedrückteii Querschnitten herausgedrückt
und begibt sich in die benachbarten Querschnitte, die weniger zusammengedrückt werden.
Daraus ergeben sich Schwankungen in der mengenmäßigen Zusammensetzung und in der
Dichte des Flügels v 0n einem Querschnitt zum anderen.
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Außerdem macht sich ein örtlicher Überdruck. der auf einen Faden
senkrecht zu seiner Achse ausgeübt wird, durch einen auf diesen Faden ausgeübten
Zug bemerkbar. Diese Zugbeanspruchung ist um so beträchtlicher, je weniger der Faden
dehnhar ist. I)aher wird ein gespannter Faden, der in dieser gespannten Form in
dem polymerisierten Harz festgelegt ist. einer Bruchbeanspruchung stärker ausgesetzt
sein als ein nicht gespannter Faden. I>ie Festigkeit des Schraube flügels gegen
Bruch durch Zugbeanspruchung, d. h. durch die Zentrifugalkraft. wird um die während
der Pressung auf die Fäden aufgedrückte Spannung vermindert. Es ist daher von Wichtigkeit.
die örtlichen Überdrücke zu vermeiden, -die in den Fäden eine schädliche .-Nnfangsspannung
aufspeichern.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Preßformung, das die
Schwierigkeiten vermeidet, welche von den Abschnittstufen und der mangelhaften Verteilung
der mit parallelen Fäden gefüllten Masse in der Form herriihren. Das wesentliche
SIerkmal dieses \'erfahrens besteht darin, daß man die anisotrope .\lasse die im
wesentlichen oder ausschließlich aus einelll lAindemittel und überwiegend in gleicher
Richtung orientierten Fäden oder Fasern zusammengesetzt ist, gleichzeitig und gemeinsam
mit einer im wesentlichen isotropen Masse dem Preßvorgang unterwirft. I)iese isotrope
tasse bildet nach der Formpressung mit
der anisotropen Masse einen
Körper. Da sie isotrop ist. kann sie sich in der Form, wenn sie durch die Hitze
unter deit Druck der Form erweicht wurde, in jeder Richtung verschieben. Sie spielt
somit die ltolle einer druckverteilenden Flüssigkeit, d. h. eines hydraulischen
Polsters. Sie gleicht die von dem Ausschnitt der mit Fäden gefüllten Masse herrührenden
Stufen aus und verschiebt sich nach den Zonen, wo zuweing von der mit Fäden gefüllten
Masse vorhanden ist. Diese Zonen nehmen daher (leil gleiche l)ruck je Einheit auf
wie die Zonen, die mehr von der mit Fäden verstärkten Masse enthalten. Sie werden
daher ebensogut zusammengedrückt und kompakt. Das Bindemittel wird dort nicht angereichert,
und die Fäden unterliegen keiner örtlichen Zugbeanspruchung.
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Die druckverteilende isotrope masse kann irgendwo im Innern des geformten
Gegenstandes oder an seiner Oberfläche auf seiner ganzen Länge oder nur an gewissen
Stellen angeordnet werden. l)ie isotrope Masse kann z. il. durch ein Preßpulver
auf Basis eines synthetischen Harzes des Phenol-Formaldehyd-Typs und einer geeigneten
pulverförmigen oder faserförmigen Füllung gebildet werden Im letzten Fall sind die
Fasern (Holzmehl. Papierbrei. Asbest usw.) ungeordnet untl nicht ausgerichtet, um
die Isotropie der Masse und ihre allseitige Beweglichtkeit im plastischen Zustande
zu gewährleisten. Die isotrope Masse kann daher nur aus einem Bindemittel, z. B.
aus synthetischem Harz des Phenol-formaldehyd-Typs. ohne Füllung l>estehen. In
vielen Fällen ist es von Vorteil, das gleiche Bindemittel für die anisotrope und
die isotrope Masse zu wählen. um eine gute Verbindung zwischen den beiden Massen
zu erzielen und soweit wie möglich innere Spannungen in den Preßteilen zu vermeiden.
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Die gleichzeitige Verwendung einer isotropen Hilfsmasse mit der anisotropen
Masse erleichtert die Preßformung von komplizierten Teilen mit Rippen, Einschnitten
oder gravierten Flächen. Die anisotrol)e Nlasse eignet sich nämlich häufig sehr
schlecltt für die Pressung solcher Teile da die fadenförmige Füllung ihre richtung
nicht plötzlich ändern kann oder darf. Die isotrope Masse kann sich hingegen frei
in der Form verschieben, alle Winkel ausfüllen nitd alle Feinheiten der Form iedergeben.
E Es geneigt daher, die anisotrope Masse im lunern des Preßteils oder auf seiner
glatten Seite anzuordnen und den anisotrope pen Teil mit einem Überzug aus isotroper
Masse zu bedecken. um ein sezhr gut ausgearbeitetes und trotzdem mit parallelen
Fäden verstärktes Preßteil ztt erzieleit.
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Bei dem bereits erwähnten Beispiel des Schraubenflügels bietet die
Anwendung einer isotropen Hilfsmasse auch einige zusätzliche Vorteile, vorausgesetzt
daß ihre Zusammensetzung sich entsprechend eignet. Sie kann z. B. eine Umhüllung
oder eine Umkleidung bilden, die die Schraube oder den Schraubenflügel ganz oder
teilweise bedeckt und mit ihm einen Körper bildet. Eine solche Umkleidung kann aus
folgenden Gründen von Wichtigkeit sein: Sie ist gegen Stöße, gegen Abnutzung oder
gegen Feuchtigkeit widerstandsfähiger als die darunterliegende Masse, sie ersetzt
eine kostspielige Lackierung, sie verleiht der Schraube eine besondere Färbung und
eine gutpolierte Oberfläche. Ferner wird das Putzen des gepreßten Flügels oder die
Bearbeitung der Ränder erleichtert u. a. m. Wenn die isotrope Masse widerstands-Fähig
gegen Abnutzung ist, kann man mit ihr den Angriffsrand oder die Flügelspitze ausstatten.
Die isotrope Masse kann demnach den Lack, den Überzug mit Celluloseacetat, den metallischen
Angriffsrand und andere Umkleidungen oder Verstärkungen ersetzen. die man üblicherweise
itei Schrauben aus Metall, Holz usw. anbringen muß.
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Man kann der isotropen Masse im gepreßten Zustaitt eine Dichte gelten,
die derjenigen der mit Fäden verstärkten Masse im gepreßten Zustand gleicht otler
ähnlich ist. So wird der Schwerpunkt des Flügels durch die Schwankungen in der Verteilullg
iler isotropen Masse nicht berührt.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden die Herstellung
eines nach dem Verfahren der Erfindung gepreßten Schraubenflügels beschrieben.
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Die Hauptpreßmasse hat die Form von Platten, die aus parallelen Glasfäden
bestehen, welche durch eilt teilweise bis zum Zustand B polymerisiertes synthetisches
Harz des Phenol-Formaldehyd-Typs umkleidet und miteinander verbunden sind. Diese
Masse und ihre Herstellung sind in der obengenannten französischen Patentschrift
855 731 beschrieben.
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Die isotrope Preßmasse ist ein Preßpulver des Phenol-Formaldehyd-Typs
einer üblichen Zusammensetzung. Diese Zusammensetzung kann beispielsweise die folgende
sein: polymerisierbares Phenol-formaldehyd-Harz 50 Magnesiumoxyd .........................
1 Stearinsäure ............................ 1 Sägespäne aus holz......................
48 100 Die Stahlform besteht im wesentlichen aus einem Mantel, einer unteren und
einer oberen Druckform, die itt tier Zeichnung in einem senkrechten Schnitt itt
der Flügelaschse quer durch den Flügel gezeigt ist. 4 ist der Mantel. ß die untere
und C die untere Druckform.
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Vor der Preßformung werden die mit Glasfällen vestärkten Äfasseplatten
entsprechend altgeschnitten derart, daß in der Form die Fasern parallel zur Flügelachse
liegen und die Form so gut wie möglich ausgefüllt ist. Dennoch bilden die Ränder
dieser Platten scharfe Stufen. die in der Zeichnugn mit a¹, a², a³, und b¹ bis b4
bezeichnet sind. Außerdem kann der Wulst c des Flügelfußes nicht mit der durch Fäden
verstärkten Masse gepreßt werden. Diese Stufen und dieser Wulst werden nun grade
durch das isotroope Preßpulver ausgefiillt. das in der Zeichnung durch schwarze
Flächen wiedergegeben ist.
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Um einen Flügel zu pressen, wird zunächst die Druckform B in den
Mantel A eingeführt. In der so gebildeten Druckkammer wird zunächst eine passende
Menge des isotropen Preßpulvers eingefüllt, und zwar ein wenig mehr als nötig ist,
um die Stufen al bis a3 auf der unteren Seite des Flügels und die untere Hälfte
des Wulstes c auszufüLllen. Hierauf werden die Platten aus der mit Fäden verstärkten
Masse und schließlich wiederum eine passende Menge des isotropen Pulvers, entsprechend
den von den Stufen bl bis b4 und der oberen Hälfte des Wulstes c freigelassenen
Räumen, in die Form gegeben. Danach wird die Druckform C in den Mantel A eingeführt.
Die Form wird vorher auf die Polymerisationstemperatur des Harzes, d. h. auf I60
bis I700, erhitzt. Sie wird durch eine hydraulische Presse geschlossen, die auf
den Flügel einen Druck von 500 bis 600 kg je cm2 ausübt.
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Sobald die Polymerisation des Harzes vollendet ist (nach ungefährt
I Stunde), wird die Form geöffnet und der gepreßte Flügel herausgenommen.
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Die beiden Flächen des Schraubenflügels sind auf diese Weise mit einer
isotropen Masse bedeckt, während der Flügelkern die mit Glasfäden verstärkte Masse
enthält, die dem Ganzen die Festigkeit gegen die von der Zentrifugalkraft bei der
umlaufenden Schraube ausgeübte Zugbeanspruchung verleiht.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur bei Schraubenflügeln
anwendbar, sondern bei allen geformten Gegenständen mit einer anisotropen Masse,
die im wesentlichen oder ausschließlich aus einem Bindemittel und aus Fäden oder
Fasern zusammengesetzt ist, welche überwiegend in gleicher Richtung orientiert sind.
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PATENTANSPRECHE I. Verfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen
aus einer Masse, die im wesentlichen aus überwiegend gleichgerichteten Fäden und
einem Bindemittel, wie z. B. Phenol-Formaldehyd-Harz, besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Formvorgang gleichzeitig und gemeinsam eine anisotrope Masse, die aus einem
Bindemittel und einer Verstärkung durch Fäden besteht, und eine im wesentlichen
isotrope Masse unterworfen wird.