EP3917696A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines stabförmigen elementes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines stabförmigen elementes

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EP3917696A1
EP3917696A1 EP20704789.5A EP20704789A EP3917696A1 EP 3917696 A1 EP3917696 A1 EP 3917696A1 EP 20704789 A EP20704789 A EP 20704789A EP 3917696 A1 EP3917696 A1 EP 3917696A1
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EP
European Patent Office
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tube
strand
strip
longitudinal direction
cold
Prior art date
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Application number
EP20704789.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3917696B1 (de
EP3917696C0 (de
Inventor
Tomas FROBÖSE
Christofer HEDVALL
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Alleima GmbH
Original Assignee
Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3917696A1 publication Critical patent/EP3917696A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3917696B1 publication Critical patent/EP3917696B1/de
Publication of EP3917696C0 publication Critical patent/EP3917696C0/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/22—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/045—Manufacture of wire or bars with particular section or properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams

Definitions

  • the present disclosure relates to a method and a device for producing a rod-shaped element and to such a rod-shaped element.
  • Rod-shaped elements produced in this way are used, for example, to implement, reinforce and reinforce buildings.
  • the diameter of the respective rod-shaped element is adapted to the tensile load to be absorbed.
  • an increase in the diameter is accompanied by an increase in the dead weight of the rod-shaped element.
  • a method for producing a rod-shaped element comprising the steps:
  • the idea on which this method is based is to insert a structure, i.e. a structure, by inserting the at least one strand into a tube made of a metal. to provide a rod-shaped element with high tensile strength.
  • the at least one strand forms the core of the rod-shaped element, the tube extending around the core like a jacket.
  • the tube forming the jacket of the arrangement also has the advantage that it contains the inner core, i.e. protects the at least one strand from environmental influences, for example from abrasion by a concrete surrounding the rod-shaped element in the installed state. Such environmental influences could otherwise lead to the destruction or impairment of the strand.
  • the elongation of the tube is greater than the elongation of the at least one strand, while at the same time the tensile strength of the at least one strand is greater than the tensile strength of the tube.
  • the at least one strand is inserted axially into the opening of the tube provided.
  • the step of inserting the strand elsewhere is described in detail below.
  • the introduction of the at least one strand also has the advantage that, in one embodiment, the carbon fibers introduced increase Tensile strengths can be achieved compared to a solid rod-shaped element made of metal or a tube made of metal with the same outside diameter.
  • the at least one strand an advantage over a comparable tube made of metal without a core can also be achieved.
  • the cold forming of the tube with the at least one strand arranged therein has a positive effect on the overall tensile strength of the rod-shaped element.
  • Cold forming processes are used, for example, to form a hollow metallic base body into a finished tube.
  • Cold forming allows the inside and outside diameter of a pipe to be changed and dimensioned very precisely.
  • Cold forming is also suitable for improving the surface properties of the pipe.
  • strain hardening makes it possible to increase the material strength and thus the tensile strength of the formed tube.
  • Cold forming in the sense of the present disclosure means forming at a temperature which is lower than the recrystallization temperature of the metal.
  • Cold forming and the associated work hardening can not only change the properties of the tube, but also by "shrinking" the tube onto the at least one strand and the resulting positive and / or non-positive connection between the at least one strand and the tube the properties of the entire rod-shaped element can be improved.
  • the cold forming of the tube with the strand extending therein provides a tight form fit between the tube and the at least one strand extending in the radial direction, so that the at least one strand cannot move in the radial direction with respect to the tube .
  • the cold forming provides a frictional connection between the tube and the at least one strand extending therein, so that the frictional force between the tube and the at least one strand prevents a relative movement between the tube and the at least one strand in the axial direction.
  • the non-positive connection thus produces a rod-shaped element whose tensile strength in one embodiment is greater than the tensile strength of a solid rod-shaped element made of metal or a tube made of metal with the same outside diameter.
  • the U forming tool for cold forming and the tube are therefore designed and arranged in such a way that after the cold forming, the tube and the at least one strand are non-positively connected to one another.
  • the tube and the at least one strand are non-positively connected to one another over the entire extent of the strand in the longitudinal direction of the tube.
  • the tube can be deformed with the forming tool, depending on how it is set, in such a way that the tube is pressed onto the at least one strand.
  • the positive connection is created as a result of the pressing.
  • the non-positive connection of the at least one strand to the tube ensures that the at least one strand can no longer be moved axially relative to the tube after cold forming. In the radial direction, there is then an isotropic interlocking of the at least one strand.
  • Rubbing a plurality of yarns with carbon fibers against one another or a plurality of carbon fibers against one another can lead to at least individual carbon fibers being weakened or destroyed. This permanently changes the properties of the strand formed from the yarns, e.g. its tensile strength is reduced.
  • the cold forming results in a frictional connection between the tube and the at least one strand, friction or influence between the individual yarns and / or between the individual carbon fibers is therefore reduced.
  • the cold shaping means that the yarns and / or in one embodiment with several strands no longer or only to a small extent the individual strands move relative to one another. Thus, the yarns or the strands within the tube are protected by the cold forming.
  • the step of cold forming is carried out by cold rolling or cold pilger rolling the tube with the at least one strand extending in the longitudinal direction in a cold pilger rolling mill. It is understood that in this embodiment the forming tool is formed by rollers or rolls.
  • Cold pilger rolling is a common forming process for adjusting the inside and outside diameter of a pipe.
  • the pipe is gripped by two calibrated rolls or rollers, which define the outer diameter of the tube, and rolled out, so that the rollers or rollers reduce the outer diameter of the incoming tube to the outer diameter of the rod-shaped element.
  • the cold forming is carried out by cold drawing the tube together with the at least one strand extending in the longitudinal direction by means of a drawing die.
  • the forming tool is formed by the drawing die.
  • the cold forming in one embodiment of the method according to the present disclosure is carried out by cold drawing, this is basically done without an internal tool inside the tube.
  • the drawing process of the tube with the at least one strand extending therein through the drawing die in one embodiment as pulling the tube onto the at least one strand.
  • the at least one strand is understood as an internal tool.
  • the dimensions of the tube, the at least one strand and the drawing die must be brought into close contact with the tube and the at least one strand without, however, impairing or even damaging the strand by the action of force in the radial direction.
  • the cold forming is carried out by cold drawing the tube together with the at least one strand in the longitudinal direction by means of a drawing die.
  • the drawing die forms the forming tool in the sense of the present application.
  • an inner diameter of the drawing die and an outer diameter of the tube are selected before the cold drawing so that the tube and the at least one strand are non-positively connected after the cold drawing.
  • the tube and the at least one strand are non-positively connected over the entire extent of the strand in the longitudinal direction of the tube.
  • Carbon fibers in the sense of the present disclosure are also referred to as carbon fibers or carbon fibers. They are manufactured industrially and converted into graphite-like carbon by chemical reactions adapted to the raw material. Carbon fibers have high strength and rigidity with a low elongation at break in the axial direction. A plurality of carbon fibers are combined into a yarn for further processing. Such yarns with carbon fibers are also known as multifilament yarns or rovings. According to the present disclosure, the term yarn is understood to mean a long, thin structure. In one embodiment, a yarn in the sense of the present disclosure can also have fibers made of one or more other materials in addition to the carbon fibers. The yarn serves as an intermediate for the production of a skein in the sense of the present disclosure.
  • the at least one strand is selected from a rope, a woven fabric, a braid, a knitted fabric, a bundle, and a multi-axial scrim or any combination thereof.
  • the at least one strand which has a plurality of yarns, additionally also contains one or more yarns made of or with one or more materials other than carbon fibers.
  • the strand additionally has a yarn with fibers made of a material with at least one property different from the properties of the carbon fibers.
  • Such an additional property can have a positive effect on the characteristics of the rod-shaped element.
  • a hybrid skein can be introduced with at least one additional yarn with aramid fibers and / or glass fibers, for example to increase the linear yield strength of the rod-shaped element produced in this way.
  • the at least one strand has a content of at least 50% carbon fibers.
  • the at least one strand has a content of at least 90% carbon fibers.
  • the at least one strand consists entirely of carbon fibers.
  • the rod-shaped element is cut to a desired length after the step of cold forming.
  • providing the tube comprises the steps of: Providing a strip from a metal sheet, the strip having a longitudinal direction and a transverse direction,
  • the at least one strand is introduced into the tube by applying the strand to the strip before welding.
  • a longitudinally welded tube is used as a jacket for the at least one strand.
  • the at least one strand is already before the pipe is welded, i.e. before the actual completion of the pipe, inserted into the pipe or applied to the strip of sheet metal that will form the pipe. Therefore, this embodiment enables the at least one strand to be introduced easily into the tube. Unlike a seamless pipe, it is not necessary to axially insert the at least one strand into the pipe.
  • bending the strip in the transverse direction comprises the steps of:
  • the strip is pre-bent in the transverse direction and a trough-shaped hollow body is formed, the at least one strand is guided in the groove created by the pre-bending when the at least one strand is introduced.
  • the at least one strand is introduced, it is thus ensured that the at least one strand cannot slip on the strip in its introduced position.
  • the at least one strand is introduced into the tube and the tube is cold formed with the at least one strand in a production line.
  • the term “in a production line” as used in the present disclosure means that the introduction of the at least one strand into the pipe and the cold forming are carried out in the same production plant.
  • the strand is introduced into the pipe in one section of the pipe, while another section of the same pipe is already cold-formed.
  • the tube is also welded between the location at which the at least one strand is introduced and the location at which the tube is cold formed.
  • the welding and the cold forming are carried out at a distance in a range from 2 m to 4 m.
  • the tube is made of stainless steel.
  • Stainless steel has the advantage of a comparatively high tensile strength compared to other metals and a high resistance for example to environmental influences.
  • the outer diameter of the tube before the cold forming is larger than after the cold forming.
  • the forming tool and an outer diameter of the tube before the cold forming are selected such that a wall thickness of the tube before the cold forming is smaller than after the cold forming.
  • an inner diameter of the drawing die and an outer diameter of the tube before the cold drawing are selected such that a wall thickness of the tube before the cold drawing is smaller than after the cold drawing.
  • Cold forming in particular cold drawing, displaces material of the tube by the forming tool, for example the drawing die.
  • the drawing die and the tube are expediently chosen so that the material of the tube is displaced concentrically inwards and so the wall thickness of the tube is greater after cold drawing than before cold drawing.
  • a rod-shaped element is proposed which can be obtained by any embodiment of the method according to the present disclosure.
  • Each of the previously described embodiments or any combination of the previously described embodiments of the method produces a rod-shaped element which has a high tensile strength and a reduced dead weight compared to a solid rod-shaped element made of metal with the same tensile strength.
  • Cold forming, the associated work hardening of the pipe and the associated tight fit between the pipe and the at least one strand change the properties of the pipe and thus increase its tensile strength.
  • a rod-shaped element produced in this way has at least one strand consisting of a plurality of yarns in the interior, at least one of the yarns having carbon fibers, and a metal tube surrounding the strand which surrounds the at least one strand.
  • the rod-shaped element is obtained with an embodiment of the method in which the cold forming leads to a non-positive connection between the at least one strand and the tube. It is understood that in this embodiment, the non-positive connection between the tube and the at least one strand is provided during cold forming by pressing the tube onto the at least one strand.
  • the combination of pressing and strain-hardening creates a rod-shaped element whose tensile strength exceeds both the tensile strength of a solid rod-shaped element made of metal of the same outside diameter and the tensile strength of a cold-formed tube of the same outside diameter.
  • a rod-shaped element which has a tube made of a metal, the tube having a longitudinal direction, and at least one strand extending in the longitudinal direction in the tube, the at least one strand having a plurality of yarns Has carbon fibers and wherein the tube and the at least one strand are non-positively connected.
  • the tube and the at least one strand are non-positively connected to one another over the entire extent of the strand in the longitudinal direction of the tube.
  • the present disclosure also relates to a device for producing a rod-shaped element, the device comprising:
  • a feed device for at least one strand with a plurality of yarns a forming device, the forming device having a forming tool, the feeding device for the tube and the feeding device for the at least one strand being designed and arranged such that during operation of the device the Strand extends in the material flow direction in front of the forming tool in the tube, and that the metal tube with the at least one strand extending therein can be formed with the forming tool.
  • the feed devices, on the one hand, and the forming device, on the other hand are realized in separate, spatially separate production plants.
  • the feed devices for the tube and the at least one strand and the forming device are realized in a single production plant, this production plant being the claimed device.
  • the forming device is a device for cold forming a tube made of metal.
  • the forming tool is a tool for performing a forming of the pipe in accordance with DIN 8580.
  • the forming device is a drawing bench, the drawing bench having a drawing die as the forming tool, and wherein during the operation of the device the strand extends in the material flow direction in front of the drawing die in the tube, so that the tube made of metal and the at least one Strand can be pulled together through the drawing die.
  • the draw bench is a continuous draw bench.
  • the feed device for the pipe comprises:
  • a feed device for a strip from a metal sheet having a longitudinal direction and a transverse direction
  • a bending device for bending the strip in the transverse direction so that a tubular hollow body with a cylindrical cross-sectional area is formed
  • a welding device for welding the tubular hollow body with a longitudinal seam, the longitudinal seam extending in the longitudinal direction so that a longitudinally welded tube is produced
  • the feed device for the tube and the feed device for the at least one strand are configured and arranged in such a way that the strand can be applied to the strips made of the metal sheet in the material flow direction in front of the welding device.
  • the bending device for bending the strip from the metal sheet in the transverse direction has a pre-bending device and a pre-bending device, the pre-bending device being set up and arranged such that the pre-bending device also carries the strip in the transverse direction to form a channel-shaped hollow body an opening that extends in the longitudinal direction, and wherein the finishing bending device is set up and arranged such that the finishing bending device bends the strip in the transverse direction into a tubular hollow body with a cylindrical cross-sectional area, and wherein the feeding device for the at least one strand is designed and it is arranged that the feed device applies the at least one strand in the material flow direction between the pre-bending device and the finishing bending device to the channel-shaped hollow body made of metal bleach.
  • the device has a control device, the control device being so effectively connected to the feed device for the strip, to the feed device for the at least one strand and to the welding device that the control device has a feed speed during operation of the device of the feed device for the strip, controls a feed speed of the feed device for the at least one strand and a welding speed of the welding device.
  • control device controls the feed speeds and welding speed in such a way that the non-positive connection between the pipe and the at least one strand is influenced.
  • the frictional connection between the tube and the at least one strand is set in one embodiment, so that, for example, the tube and the at least one strand are uniformly non-positively connected to one another over the entire extent of the strand in the longitudinal direction of the tube.
  • control device also controls the processing speed of the forming device.
  • control of the processing speed is also able to influence the non-positive connection between the pipe and the at least one strand.
  • control device comprises a computer or a processor and a computer program running thereon.
  • the device is designed such that there is a distance of 2 m to 4 m between the welding device and the forming tool of the forming device, for example the drawing die of the drawing bench.
  • the welding device and the forming tool are components of a single production system.
  • FIG. 1 is a flow diagram of an implementation of the method according to the present disclosure for producing a rod-shaped element according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flow diagram of another implementation of the method according to the present disclosure for producing a rod-shaped element according to another implementation of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic top view of an implementation of the device for
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view of an implementation of the rod-shaped
  • FIG. 1 is a flow diagram of an implementation of the method for manufacturing a rod-shaped element in accordance with the present disclosure.
  • a stainless steel tube is provided, the stainless steel tube having a longitudinal direction.
  • a braid is provided which is formed from a large number of yarns made of carbon fibers.
  • the strand formed in this way consists of 100% carbon fibers.
  • the stainless steel pipe is a seamless pipe in the implementation shown, i.e. without a weld seam in the longitudinal direction, and the strand is inserted axially into the stainless steel tube in a further step 102, so that the strand extends in the longitudinal direction in the tube.
  • the tube with the strand extending in the longitudinal direction in the tube is cold formed in step 103 using a forming tool.
  • the cold forming is carried out by cold rolling in a cold pilger rolling mill. After the cold pilger roll 103, the stainless steel tube and the strand are non-positively connected to one another over the entire extent of the strand in the longitudinal direction of the tube.
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a further implementation of the method for producing a rod-shaped element.
  • the individual steps of the method according to this implementation take place in a production plant, with a strip of stainless steel sheet and the strand being fed to the production plant as starting materials.
  • the step of providing 100 the stainless steel tube therefore also includes the actual production of the stainless steel tube.
  • the provision 100 of the tube initially comprises the provision of a strip from a stainless steel sheet in step 104.
  • the strip has a longitudinal direction and a transverse direction.
  • step 105 the strip is bent transversely to the tube.
  • the strip is first pre-bent in step 107, so that a channel-shaped hollow body with an opening extending in the longitudinal direction is created.
  • a strand with a plurality of yarns with carbon fibers is provided.
  • the strand consists of a braid with a share of 60% carbon fibers.
  • the strand is introduced into the channel-shaped hollow body in the longitudinal direction in step 102.
  • the strand is guided through the channel shape on the stainless steel sheet so that the strand cannot slide off the stainless steel sheet.
  • the stainless steel sheet is bent in the transverse direction in step 108, so that a tubular hollow body with a cylindrical cross-sectional area is formed, which lies around the strand.
  • the tubular hollow body which consists of the stainless steel sheet, is welded to a longitudinally welded stainless steel tube with a longitudinal seam. This concludes step 100 of providing the pipe.
  • the tube is cold formed in step 103.
  • cold forming is carried out by cold drawing.
  • the tube is drawn together with the strand in the longitudinal direction through a drawing die as a forming tool.
  • the stainless steel tube and the strand are non-positively connected to one another over the entire extent of the strand in the longitudinal direction of the tube.
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a device 1 for producing a rod-shaped element 20 in an implementation of the present disclosure.
  • the device 1 for producing the rod-shaped element 20 carries out the method for producing the rod-shaped element 20, as was described above with reference to FIG. 2.
  • FIG. 4 additionally shows a cross-sectional view in a sectional plane perpendicular to the longitudinal direction of the rod-shaped element 20, which was produced with the device 1 from FIG. 3.
  • the device 1 has a feed device 2 for the stainless steel tube 3, the feed device 2 being composed of a plurality of devices.
  • the feed device 2 for the stainless steel tube 3 initially comprises a feed device 8 for the strip 9 made of stainless steel sheet.
  • the strip 9 has a longitudinal direction and a transverse direction, the extent in the longitudinal direction being significantly greater than in the transverse direction.
  • the feed device 2 for the stainless steel tube 3 has a bending device 10 for bending the strip 9.
  • the bending device 10 consists of a pre-bending device 1 1 and a finished bending device 12. With the pre-bending device 1 1, the strip is first 9 pre-bent so that the channel-shaped hollow body 16 is formed. In this channel-shaped hollow body 16, the strand 5 is introduced into the channel-shaped hollow body with a feed device 4. The strand 5 is placed and guided centrally on the strip 9 through the groove of the channel-shaped hollow body 16, so that the strand 5 cannot slide off the strip 9.
  • the gutter-shaped hollow body 16 is bent with the finished bending device 12 to form a tubular hollow body 13 with a circular cross section, the strand 5 extending in the longitudinal direction within the tubular hollow body 13.
  • the tubular hollow body 13 is then welded to a longitudinal seam 19 with a welding device 14, which is also part of the feed device 2 for the tube 3, so that the longitudinal seam 19 extends in the longitudinal direction and a longitudinally welded stainless steel tube 3 is formed.
  • the drawing bench 6 has, in addition to the drawing die 7, a motor-driven drawing slide 17 with a tensioning cylinder 18 mounted thereon for gripping the tube 3 behind the drawing die 7.
  • the rod-shaped element 20 is created.
  • the inside diameter of the drawing die 7 and the outside diameter of the stainless steel tube 3 before the drawing are chosen such that after the cold drawing the stainless steel tube is like has wall thickness w shown in Figure 4. While the outer diameter of the tube is reduced after the cold drawing, the wall thickness w after the cold drawing is greater than before the cold drawing.
  • the tube 3 and the strand 5 are non-positively connected to one another over the entire extent of the strand 5 in the longitudinal direction in the tube 3.
  • the strand 5 cannot slip in the axial direction within the tube 3.
  • a rod-shaped element 20 with a tensile strength beyond the tensile strength of the cold-drawn tube has arisen.
  • a central control device 15 is electrically connected to the feed device 8 for the sheet metal strip 9, to the feed device 4 for the strand 5, to the welding device 14 and to the drawing bench 6.
  • the control device 15 controls the feed speeds of the strip 9, the strand 5 as well as the welding speed of the welding device 14 and the drawing speed of the drawing bench 6 during operation of the system 1.
  • the pipe 3 and the strand are behind the drawing die 7 5 uniformly non-positively connected to one another over the entire extension of the strand 5 in the longitudinal direction in the tube 3.

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines stabförmigen Elementes. Um ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, ein stabförmiges Element herzustellen, das zumindest einen der Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten stabförmigen Elemente überwindet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Verfahren die Schritte aufweist Bereitstellen eines Rohres aus einem Metall, wobei das Rohr eine Längsrichtung aufweist, Bereitstellen mindestens eines Stranges mit einer Mehrzahl von Garnen, wobei mindestens eines der Garne Kohlenstofffasern aufweist, Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr, sodass sich der mindestens eine Strang in der Längsrichtung in dem Rohr erstreckt und Kaltumformen des Rohres mit dem mindestens einen Strang zusammen mit einem Umformwerkzeug, so dass ein Außendurchmesser des Rohres vor dem Kaltumformen größer ist als der Außendurchmesser des Rohres nach dem Kaltumformen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines stabförmigen Elementes
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines stabförmigen Elementes sowie ein solches stabförmiges Element.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um massive stabförmige Elemente aus Metall, beispielsweise Metallstangen oder Metallstäbe, herzustellen. Hierzu wird ein vorgefertigter massiver zylindrischer Knüppel zu einem massiven stabförmigen Element aus Metall umgeformt, d.h. insbesondere gewalzt oder gezogen.
Auf diese Weise hergestellte stabförmige Elemente werden beispielsweise zur Realisierung, Verstärkung und Armierung von Bauwerken eingesetzt. Um die Aufnahme hoher Zuglasten zu ermöglichen, wird der Durchmesser des jeweiligen stabförmigen Elements an die aufzunehmende Zuglast angepasst. Eine Vergrößerung des Durchmessers geht jedoch mit einer Erhöhung des Eigengewichts des stabförmigen Elements einher. Daher sind der Verwendung solcher stabförmiger Elemente insbesondere zur Verstärkung und Armierung von Bauwerken Grenzen gesetzt.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht daher ein Bedarf an einem stabförmigen Element sowie an einem Verfahren und einer Vorrichtung zu seiner Herstellung, welche zumindest einen der zuvor genannten Nachteile überwinden. Ferner besteht ein Bedarf an einem stabförmigen Element mit einer hohen Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringem Eigengewicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird daher ein Verfahren zum Herstellen eines stabförmigen Elementes vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Rohres aus einem Metall, wobei das Rohr einen Außendurchmesser und eine Längsrichtung aufweist, Bereitstellen mindestens eines Stranges mit einer Mehrzahl von Garnen, wobei zumindest eines der Garne Kohlenstofffasern aufweist,
Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr, so dass sich der mindestens eine Strang in der Längsrichtung in dem Rohr erstreckt, und
Kaltumformen des Rohres mit dem mindestens einen darin eingebrachten Strang mit einem Umformwerkzeug, so dass der Außendurchmesser des Rohres vor dem Kaltumformen größer ist als der Außendurchmesser des Rohres nach dem Kaltumformen.
Die Idee, die diesem Verfahren zugrunde liegt, ist es, durch das Einbringen des mindestens einen Stranges in ein Rohr aus einem Metall eine Struktur, d.h. ein stabförmiges Element, mit hoher Zugfestigkeit bereitzustellen. Mit anderen Worten ausgedrückt bildet der mindestens eine Strang den Kern des stabförmigen Elementes, wobei sich das Rohr wie ein Mantel um den Kern herum erstreckt.
Durch die geringere Materialdichte von Kohlenstofffasern gegenüber Metallen, wird bei vergleichbarer Zugfestigkeit das Eigengewicht des stabförmigen Elementes gegenüber einem massiven stabförmigen Element aus Metall mit gleichem Außendurchmesser reduziert.
Das den Mantel der Anordnung bildende Rohr bietet zudem den Vorteil, dass es den innenliegenden Kern, d.h. den mindestens einen Strang, vor Umgebungseinflüssen schützt, beispielweise vor einem Abrieb durch einen das stabförmige Element im verbauten Zustand umgebenden Beton. Derartige Umgebungseinflüsse könnten anderenfalls zu einer Zerstörung oder Beeinträchtigung des Stranges führen.
In einer Ausführungsform ist die Dehnung des Rohrs größer als die Dehnung des mindestens einen Stranges, während gleichzeitig die Zugfestigkeit des mindestens einen Stranges größer ist als die Zugfestigkeit des Rohrs.
Das Herstellen von Rohren aus Metall ist prinzipiell bekannt. Im Wesentlichen werden mit den bekannten Verfahren nahtlose Rohre, d.h. Rohre ohne eine Schweißnaht in Längsrichtung, und in der Längsrichtung geschweißte Rohre, sog. längsgeschweißte Rohre, hergestellt.
Im Falle der Verwendung eines nahtlosen Rohres wird der mindestens eine Strang axial in die Öffnung des bereitgestellten Rohres eingeführt. Für in der Längsrichtung geschweißte Rohre wird der Schritt des Einbringens des Stranges an anderer Stelle nachstehend im Detail beschrieben.
Das Einbringen des mindestens einen Stranges birgt neben der Gewichtsreduktion zusätzlich den Vorteil, dass sich durch die eingebrachten Kohlenstofffasern in einer Ausführungsform erhöhte Zugfestigkeiten realisieren lassen verglichen mit einem massiven stabförmigen Element aus Metall oder einem Rohr aus Metall mit gleichem Außendurchmesser. Somit lässt sich durch das Einbringen des mindestens einen Stranges auch ein Vorteil gegenüber einem vergleichbaren Rohr aus Metall ohne Kern erreichen.
Auch wirkt sich das Kaltumformen des Rohres mit dem darin angeordneten mindestens einen Strang in einer Ausführungsform positiv auf die Gesamtzugfestigkeit des stabförmigen Elementes aus. Kaltumformungsverfahren werden beispielsweise eingesetzt, um einen hohlen metallischen Grundkörper zu einem fertigen Rohr umzuformen. Durch das Kaltumformen lassen sich der lnnen- und der Außendurchmesser eines Rohres verändern und sehr genau dimensionieren. Zudem ist die Kaltumformung geeignet, die Oberflächeneigenschaften des Rohres zu verbessern.
Darüber hinaus geht mit der Kaltumformung eine Kaltverfestigung einher, wodurch sich die Eigenschaften der so hergestellten Rohre gezielt verändern lassen. Durch die Kaltverfestigung ist es möglich die Werkstofffestigkeit und damit auch die Zugfestigkeit des umgeformten Rohres zu steigern.
Unter einer Kaltumformung im Sinne der vorliegenden Offenbarung wird eine Umformung bei einer Temperatur, welche geringer ist als die Rekristallisationstemperatur des Metalls, verstanden.
Mit dem Kaltumformen und dem damit einhergehenden Kaltverfestigen können nicht nur die Eigenschaften des Rohres verändert werden, sondern durch das„Aufschrumpfen“ des Rohres auf den mindestens einen Strang und die dadurch entstehende form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem mindestens einen Strang und dem Rohr können die Eigenschaften des gesamten stabförmigen Elementes verbessert werden.
Durch das Kaltumformen des Rohres mit dem sich darin erstreckenden Strang wird in einer Ausführungsform ein enger Formschluss zwischen dem Rohr und dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang in radialer Richtung bereitgestellt, so dass sich der mindestens eine Strang in radialer Richtung nicht gegenüber dem Rohr bewegen kann.
In einer Ausführungsform wird durch das Kaltumformen ein Kraftschluss zwischen dem Rohr und dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang bereitgestellt, so dass die Reibkraft zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang eine Relativbewegung zwischen Rohr und dem mindestens einem Strang in axialer Richtung verhindert. Durch das kraftschlüssige Verbinden wird somit ein stabförmiges Element hergestellt, dessen Zugfestigkeit in einer Ausführungsform größer ist als die Zugfestigkeit eines massiven stabförmigen Elementes aus Metall oder eines Rohres aus Metall mit gleichem Außendurchmesser. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind daher das U formwerkzeug zum Kaltumformen und das Rohr derart ausgestaltet und angeordnet, dass nach dem Kaltumformen das Rohr und der mindestens eine Strang kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind nach dem Kaltumformen das Rohr und der mindestens eine Strang über die gesamte Erstreckung des Stranges in der Längsrichtung des Rohres kraftschlüssig miteinander verbunden.
Es versteht sich, dass das Rohr mit dem Umformwerkzeug, je nachdem wie dieses eingestellt ist, derart verformt werden kann, dass das Rohr auf den mindestens einen Strang aufgepresst wird. Als Folge des Aufpressens entsteht die kraftschlüssige Verbindung. Durch das kraftschlüssige Ver binden des mindestens einen Stranges mit dem Rohr wird gewährleistet, dass der mindestens eine Strang sich nach dem Kaltumformen nicht mehr in axialer Richtung gegenüber dem Rohr verschie ben kann. In radialer Richtung liegt dann ein isotroper Formschluss des mindestens einen Stranges vor.
Ein Reiben einer Mehrzahl von Garnen mit Kohlenstofffasern aneinander oder einer Mehrzahl von Kohlenstofffasern aneinander kann dazu führen, dass zumindest einzelne Kohlenstoffasern ge schwächt oder zerstört werden. Dadurch werden die Eigenschaften des aus den Garnen gebildeten Stranges nachhaltig verändert, z.B. seine Zugfestigkeit verringert. In einer Ausführungsform, in der durch das Kaltumformen ein Kraftschluss zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang bewirkt wird, wird daher eine Reibung oder Beeinflussung zwischen den einzelnen Garnen und/o der zwischen einzelnen Kohlenstofffasern untereinander reduziert. Durch das Kaltumformen kann in einer Ausführungsform erreicht werden, dass sich die Garne und/oder in einer Ausführungsform mit mehreren Strängen die einzelnen Stränge nicht mehr oder nur noch in geringerem Umfang gegeneinander verschieben. Somit werden die Garne bzw. die Stränge innerhalb des Rohres durch das Kaltumformen geschützt.
In einer Ausführungsform erfolgt der Schritt des Kaltumformens durch Kaltwalzen oder Kaltpilger walzen des Rohres mit dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang in der Längsrich tung in einer Kaltpilgerwalzanlage. Es versteht sich, dass in dieser Ausführungsform das Umform werkzeug von Walzen oder Rollen gebildet wird.
Das Kaltpilgerwalzen ist ein verbreitetes Umformverfahren, um die Innen- und Außendurchmesser eines Rohres einzustellen. Das Rohr wird dabei von zwei kalibrierten Rollen oder Walzen erfasst, die den Außendurchmesser des Rohres definieren, und ausgewalzt, so dass die Rollen oder Walzen den Außendurchmesser des einlaufenden Rohres auf den Außendurchmesser des stabförmigen Elements reduzieren.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Kaltumformen durch Kaltziehen des Rohres zusammen mit dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang in der Längsrichtung durch eine Ziehmatrize. In dieser Ausführungsform wird das Umformwerkzeug von der Ziehmatrize gebildet.
Bei dem Kaltziehen von Rohren wird grundsätzlich zwischen Verfahren ohne Innenwerkzeug, dem sogenannten Hohlzug, und Verfahren mit Innenwerkzeug, d.h. insbesondere Kernzug und Stangenzug, unterschieden. Erfolgt das Kaltumformen in einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung durch Kaltziehen, so erfolgt dieses grundsätzlich ohne ein Innenwerkzeug im Inneren des Rohres. Allerdings kann man den Ziehprozess des Rohres mit dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang zusammen durch die Ziehmatrize in einer Ausführungsform als Aufziehen des Rohres auf den mindestens einen Strang verstehen. Der mindestens eine Strang wird dabei als Innenwerkzeug verstanden. Dabei gilt es in einer Ausführungsform durch entsprechende Dimensionierung des Rohres, des mindestens einen Stranges und der Ziehmatrize eine enge Berührung des Rohres und des mindestens einen Stranges herbeizuführen, ohne jedoch den Strang durch Krafteinwirkung in radialer Richtung zu beeinträchtigen oder gar zu beschädigen.
In einer Ausführungsform der Offenbarung erfolgt das Kaltumformen durch Kaltziehen des Rohres zusammen mit dem mindestens einen Strang in der Längsrichtung durch eine Ziehmatrize. Die Ziehmatrize bildet in dieser Ausführungsform das Umformwerkzeug im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Dabei werden in einer Ausführungsform ein Innendurchmesser der Ziehmatrize und ein Außendurchmesser des Rohres vor dem Kaltziehen so gewählt, dass nach dem Kaltziehen das Rohr und der mindestens eine Strang kraftschlüssig verbunden sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind nach dem Kaltziehen das Rohr und der mindestens eine Strang über die gesamte Erstreckung des Stranges in der Längsrichtung des Rohres kraftschlüssig verbunden.
Kohlenstofffasern im Sinne der vorliegenden Offenbarung werden auch als Carbonfasern oder Kohlefasern bezeichnet. Sie werden industriell hergestellt und durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt. Kohlenstofffasern weisen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung auf. Eine Mehrzahl von Kohlenstoffasern wird für die weitere Verarbeitung zu einem Garn zusammengefasst. Derartige Garne mit Kohlenstofffasern werden auch als Multifilamentgarne oder Rovings bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter dem Begriff Garn ein langes, dünnes Gebilde verstanden. Ein Garn im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann in einer Ausführungsform neben den Kohlenstofffasern auch Fasern aus einem oder mehreren anderen Materialien aufweisen. Das Garn dient als Zwischenprodukt zur Herstellung eines Stranges im Sinne der vorliegenden Offenbarung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der mindestens eine Strang ausgewählt aus einem Seil, einem Gewebe, einem Geflecht, einem Gewirk, einem Bündel, und einem Multiaxialgelege oder irgendeiner Kombination davon.
Der mindestens eine Strang, der eine Mehrzahl von Garnen aufweist, enthält in einer Ausführungsform zusätzlich auch ein oder mehrere Garne aus oder mit einem oder mehreren anderen Materialien als Kohlenstofffasern.
Beispielsweise weist der Strang in einer Ausführungsform zusätzlich ein Garn mit Fasern aus einem Material mit mindestens einer von den Eigenschaften der Kohlenstofffasern verschiedenen Eigenschaft auf. Eine solche zusätzliche Eigenschaft kann sich positiv auf die Charakteristik des stabförmigen Elementes auswirken. Z.B. kann in einer Ausführungsform ein hybrider Strang mit mindestens einem zusätzlichen Garn mit Aramidfasern und/oder Glasfasern eingebracht werden, um beispielsweise die lineare Dehngrenze des so hergestellten stabförmigen Elementes zu erhöhen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der mindestens eine Strang einen Anteil von mindestens 50 % Kohlenstofffasern auf.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der mindestens eine Strang einen Anteil von mindestens 90 % Kohlenstofffasern auf.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung besteht der mindestens eine Strang vollständig aus Kohlenstofffasern.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erfolgt nach dem Schritt des Kaltumformens ein Ablängen des stabförmigen Elementes auf eine gewünschte Länge.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bereitstellen des Rohres die Schritte: Bereitstellen eines Streifens aus einem Metallblech, wobei der Streifen eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist,
Biegen des Streifens in der Querrichtung, so dass ein rohrförmiger Hohlkörper mit einer zy lindrischen Querschnittsfläche entsteht,
Zuschweißen des rohrförmigen Hohlkörpers mit einer Längsnaht, wobei sich die Längsnaht in der Längsrichtung erstreckt, so dass ein längsgeschweißtes Rohr entsteht,
wobei das Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr durch Aufbringen des Stranges auf den Streifen vor dem Zuschweißen erfolgt.
In dieser Ausführungsform wird ein längsgeschweißtes Rohr als Mantel für den mindestens einen Strang verwendet. Der mindestens eine Strang wird bereits vor dem Zuschweißen des Rohres, d.h. vor der eigentlichen Fertigstellung des Rohres, in das Rohr eingebracht bzw. auf den Streifen aus Metallblech, der das Rohr bilden wird, aufgebracht. Daher wird mit dieser Ausführungsform ein einfaches Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr ermöglicht. Anders als bei einem nahtlosen Rohr ist es nicht notwendig, den mindestens einen Strang axial in das Rohr einzuführen.
Grundsätzlich ist es unerheblich, wann der Strang auf den Streifen aus Metallblech aufgebracht, d.h. mit dem Blech in Eingriff gebracht wird, solange das Aufbringen vor dem Zuschweißen erfolgt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung allerdings umfasst das Biegen des Strei fens in Querrichtung die Schritte:
Vorbiegen des Streifens in der Querrichtung, so dass ein rinnenförmiger Hohlkörper mit einer sich in der Längsrichtung erstreckenden Öffnung entsteht, und
Fertigbiegen des Streifens in der Querrichtung, so dass ein rohrförmiger Hohlkörper mit einer zylindrischen Querschnittsfläche entsteht,
wobei das Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr vor dem Fertigbiegen des Streifens und durch die Öffnung in den rinnenförmigen Hohlkörper erfolgt
Dadurch, dass der Streifen in Querrichtung vorgebogen wird und ein rinnenförmiger Hohlkörper entsteht, wird der mindestens eine Strang beim Einbringen des mindestens einen Stranges in der durch das Vorbiegen entstehenden Rinne geführt. Beim Einbringen des mindestens einen Stran ges wird somit gewährleistet, dass der mindestens eine Strang nicht in seiner eingebrachten Posi tion auf dem Streifen verrutschen kann.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erfolgt das Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr und das Kaltumformen des Rohres mit dem mindestens einen Strang in einer Produktionslinie. Der Begriff„in einer Produktionslinie“, so wie er in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, bedeutet, dass das Einbringen des mindestens einen Stranges in das Rohr und das Kaltumformen in derselben Produktionsanlage erfolgen. Dabei wird in einer Ausführungsform in einem Abschnitt des Rohres der Strang in das Rohr eingebracht, während ein anderer Abschnitt desselben Rohres bereits kaltumgeformt wird. Ferner erfolgt in einer Ausführungsform zwischen dem Ort, an dem der mindestens eine Strang eingebracht wird, und dem Ort, an dem das Rohr kaltumgeformt wird, auch das Zuschweißen des Rohres.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erfolgen das Zuschweißen und das Kaltumformen in einem Abstand in einem Bereich von 2 m bis 4 m.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass sich ein räumlicher Abstand von 2 m bis 4 m zwischen dem Ort, an welchem der Schritt des Zuschweißens ausgeführt wird, und dem Ort, an welchem der Schritt des Kaltumformens ausgeführt wird, positiv auf die Eigenschaften des hergestellten stabförmigen Elementes auswirkt. Erfolgt das Zuschweißen und das Kaltumformen in einem geringeren oder in einem weiteren Abstand voneinander, so kann dies zu Problemen bei dem Kaltumformen des Rohres mit dem sich darin erstreckendenden mindestens einen Strang führen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung besteht das Rohr aus einem Edelstahl. Edelstahl besitzt den Vorteil einer vergleichsweise großen Zugfestigkeit gegenüber anderen Metallen und einer hohen Beständigkeit beispielsweise gegenüber Umwelteinflüssen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Außendurchmesser des Rohres vor dem Kaltumformen, beispielsweise vor dem Kaltziehen, größer als nach dem Kaltumformen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden das Umformwerkzeug und ein Außendurchmesser des Rohres vor dem Kaltumformen so gewählt, dass eine Wanddicke des Rohres vor dem Kaltumformen kleiner ist als nach dem Kaltumformen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden ein Innendurchmesser der Ziehmatrize und ein Außendurchmesser des Rohres vor dem Kaltziehen so gewählt, dass eine Wanddicke des Rohres vor dem Kaltziehen kleiner ist als nach dem Kaltziehen.
Durch das Kaltumformen, insbesondere durch das Kaltziehen, wird Material des Rohres durch das Umformwerkzeug, beispielsweise die Ziehmatrize verdrängt. Dabei sind die Ziehmatrize und das Rohr zweckmäßigerweise so gewählt, dass das Material des Rohres konzentrisch nach innen verdrängt wird und so die Wanddicke des Rohres nach dem Kaltziehen größer ist als vor dem Kaltziehen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein stabförmiges Element vorgeschlagen, das durch irgendeine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung erhältlich ist.
Durch jede der zuvor beschriebenen Ausführungsformen bzw. jede Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens wird ein stabförmiges Element hergestellt, das eine hohe Zugfestigkeit und gegenüber einem massiven stabförmigen Element aus Metall mit gleicher Zugfestigkeit ein reduziertes Eigengewicht aufweist. Durch das Kaltumformen, das damit einhergehende Kaltverfestigen des Rohres und den damit verbundenen engen Formschluss zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang werden die Eigenschaften des Rohres verändert und so dessen Zugfestigkeit erhöht.
Ein derartig hergestelltes stabförmiges Element weist im Inneren mindestens einen Strang, bestehend aus einer Mehrzahl von Garnen auf, wobei zumindest eines der Garne Kohlenstofffasern aufweist, und ein den Strang umgebendes Rohr aus Metall, das den mindestens einen Strang umgibt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wird das stabförmige Element mit einer Ausführungsform des Verfahrens erhalten, in der das Kaltumformen zu einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem mindestens einen Strang und dem Rohr führt. Es versteht sich, dass in dieser Ausführungsform die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang während des Kaltumformens durch Aufpressen des Rohres auf den mindestens einen Strang bereitgestellt wird. Durch die Kombination des Aufpressens und der Kaltverfestigung entsteht so ein stabförmiges Element dessen Zugfestigkeit sowohl die Zugfestigkeit eines massiven stabförmigen Elements aus Metall gleichen Außendurchmessers als auch die Zugfestigkeit eines kaltumgeformten Rohres gleichen Außendurchmessers übersteigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein stabförmiges Element vorgeschlagen, welches ein Rohr aus einem Metall, wobei das Rohr eine Längsrichtung aufweist, und mindestens einen sich in Längsrichtung in dem Rohr erstreckenden Strang aufweist, wobei der mindestens eine Strang eine Mehrzahl von Garnen mit Kohlenstofffasern aufweist und wobei das Rohr und der mindestens eine Strang kraftschlüssig verbunden sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind das Rohr und der mindestens eine Strang über die gesamte Erstreckung des Stranges in der Längsrichtung des Rohres kraftschlüssig miteinander verbunden. Die vorliegende Offenbarung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines stabförmigen Elementes, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Zuführeinrichtung für ein Rohr aus Metall,
eine Zuführeinrichtung für mindestens einen Strang mit einer Mehrzahl von Garnen, eine Umformeinrichtung, wobei die Umformeinrichtung ein Umformwerkzeug aufweist, wobei die Zuführeinrichtung für das Rohr und die Zuführeinrichtung für den mindestens einen Strang derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich in dem Betrieb der Vorrichtung der Strang in Materialflussrichtung vor dem Umformwerkzeug in dem Rohr erstreckt, und dass das Rohr aus Metall mit dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang mit dem Umformwerkzeug umformbar sind.
Soweit im Folgenden Aspekte der Offenbarung im Hinblick auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines stabförmigen Elementes beschrieben werden, so gelten diese auch für das entsprechende zuvor beschriebene Verfahren zum Herstellen eines stabförmigen Elementes und umgekehrt. So weit das Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß dieser Offenbarung ausgeführt wird, so weist die Vorrichtung die entsprechenden Einrichtungen und Geräte hierfür auf. Insbesondere sind Ausfüh rungsformen der Vorrichtung zum Ausführen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens geeignet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind die Zuführeinrichtungen einerseits und die Umformeinrichtung andererseits in separaten, voneinander räumlich getrennten Produkti onsanlagen realisiert. In einerweiteren Ausführungsform sind die Zuführeinrichtungen für das Rohr und den mindestens einen Strang sowie die Umformeinrichtung in einer einzigen Produktionsan lage realisiert, wobei diese Produktionsanlage die beanspruchte Vorrichtung ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Umformeinrichtung eine Einrichtung zum Kaltumformen eines Rohrs aus Metall.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Umformwerkzeug ein Werkzeug zum Ausführen eines Umformens des Rohrs gemäß DIN 8580.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Umformeinrichtung eine Ziehbank, wobei die Ziehbank als Umformwerkzeug eine Ziehmatrize aufweist und wobei sich in dem Betrieb der Vorrichtung der Strang in Materialflussrichtung vor der Ziehmatrize in dem Rohr erstreckt, so dass das Rohr aus Metall und der mindestens eine Strang gemeinsam durch die Ziehmatrize zieh bar sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Ziehbank eine kontinuierliche Ziehbank.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Zuführeinrichtung für das Rohr auf:
eine Zuführeinrichtung für einen Streifen aus einem Metallblech, wobei der Streifen eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist,
eine Biegeeinrichtung zum Biegen des Streifens in der Querrichtung, so dass ein rohrförmiger Hohlkörper mit einer zylindrischen Querschnittsfläche entsteht, und
eine Schweißeinrichtung zum Zuschweißen des rohrförmigen Hohlkörpers mit einer Längsnaht, wobei sich die Längsnaht in der Längsrichtung erstreckt, so dass ein längsgeschweißtes Rohr entsteht, und
wobei die Zuführeinrichtung für das Rohr und die Zuführeinrichtung für den mindestens einen Strang derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass der Strang in Materialflussrichtung vor der Schweißeinrichtung auf den Streifen aus dem Metallblech aufbringbar ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Biegeeinrichtung zum Biegen des Streifens aus dem Metallblech in der Querrichtung eine Vorbiegeeinrichtung und eine Fertig- biegeeinrichtung auf, wobei die Vorbiegeeinrichtung derart eingerichtet und angeordnet ist, dass die Vorbiegeeinrichtung den Streifen in der Querrichtung zu einem rinnenförmigen Hohlkörper mit einer sich in der Längsrichtung erstreckenden Öffnung vorbiegt, und wobei die Fertigbiegeeinrich- tung derart eingerichtet und angeordnet ist, dass die Fertigbiegeeinrichtung den Streifen in der Querrichtung zu einem rohrförmigen Hohlkörper mit einer zylindrischen Querschnittsfläche fertigbiegt und wobei die Zuführeinrichtung für den mindesten einen Strang derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die Zuführeinrichtung den mindestens einen Strang in der Materialflussrichtung zwischen der Vorbiegeeinrichtung und der Fertigbiegeeinrichtung auf den rinnenförmigen Hohlkörper aus Metallbleich aufbringt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung derart wirksam mit der Zuführeinrichtung für den Streifen, mit der Zuführeinrichtung für den mindestens einen Strang und mit der Schweißeinrichtung verbunden ist, dass die Steuereinrichtung in einem Betrieb der Vorrichtung eine Zuführgeschwindigkeit der Zufuhreinrichtung für den Streifen, eine Zuführgeschwindigkeit der Zuführeinrichtung für den mindestens einen Strang und eine Schweißgeschwindigkeit der Schweißeinrichtung steuert.
Mit der Steuereinrichtung werden in einer Ausführungsform die Zuführgeschwindigkeiten und Schweißgeschwindigkeit derart gesteuert, dass die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang beeinflusst wird. In Abhängigkeit von der Steuerung der entsprechenden Geschwindigkeiten wird in einer Ausführungsform der Kraftschluss zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang eingestellt, so dass beispielsweise das Rohr und der mindestens eine Strang über die gesamte Erstreckung des Stranges in der Längsrichtung des Rohres gleichmäßig kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
In einer Ausführungsform steuert die Steuereinrichtung darüber hinaus die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Umformeinrichtung.
In einer Ausführungsform vermag auch die Steuerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und dem mindestens einen Strang zu beeinflussen.
Es versteht sich, dass die Steuereinrichtung in einer Ausführungsform einen Computer oder einen Prozessor sowie ein darauf ablaufendes Computerprogramm umfasst.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass zwischen der Schweißeinrichtung und dem Umformwerkzeug der Umformeinrichtung, beispielsweise der Ziehmatrize der Ziehbank, ein Abstand von 2 m bis 4 m besteht. In einer solchen Ausführungsform sind die Schweißeinrichtung und das Umformwerkzeug Bestandteile einer einzigen Produktionsanlage.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich. Die voranstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung sind besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden. Die gezeigten Implementierungen sind nicht auf die detailliert beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt. In den Figuren sind ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 ist ein Ablaufdiagramm einer Implementierung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Herstellen eines stabförmigen Elementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Figur 2 ist ein Ablaufdiagramm einer weiteren Implementierung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Herstellen eines stabförmigen Elementes gemäß einer anderen Implementierung der vorliegenden Offenbarung. Figur 3 ist eine schematische Draufsicht auf eine Implementierung der Vorrichtung zum
Herstellen eines stabförmigen Elementes zum Realisieren des Verfahrens aus Figur 2.
Figur 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Implementierung des stabförmigen
Elementes, welches es mit dem Verfahren aus Figur 2 bzw. der Vorrichtung aus Figur 3 erhalten wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Figur 1 ist ein Ablaufdiagramm einer Implementierung des Verfahrens zum Herstellen eines stabförmigen Elementes gemäß der vorliegenden Offenbarung. In einem ersten Schritt 100 wird ein Edelstahlrohr bereitgestellt, wobei das Edelstahlrohr eine Längsrichtung aufweist. In einem weiteren Schritt 101 wird gleichzeitig mit dem ersten Schritt 100 ein Geflecht bereitgestellt, das aus einer Vielzahl von Garnen aus Kohlenstofffasern gebildet wird. Der so gebildete Strang besteht in der gezeigten Implementierung zu 100 % aus Kohlenstofffasern.
Das Edelstahlrohr ist in der gezeigten Implementierung ein nahtloses Rohr, d.h. ohne Schweißnaht in Längsrichtung, und der Strang wird in einem weiteren Schritt 102 axial in das Edelstahlrohr eingeschoben, sodass sich der Strang in Längsrichtung in dem Rohr erstreckt. Nach dem Einbringen 102 des Stranges in das Edelstahlrohr wird das Rohr mit dem sich in Längsrichtung in dem Rohr erstreckenden Strang in Schritt 103 mit einem Umformwerkzeug kaltumgeformt. In der gezeigten Implementierung wird das Kaltumformen durch Kaltwalzen in einer Kaltpilgerwalzanlage ausgeführt. Nach dem Kaltpilgerwalzen 103 sind das Edelstahlrohr und der Strang über die gesamte Erstreckung des Stranges in der Längsrichtung des Rohres kraftschlüssig miteinander verbunden.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer weiteren Implementierung des Verfahrens zum Herstellen eines stabförmigen Elementes. Dabei laufen die einzelnen Schritte des Verfahrens gemäß dieser Implementierung in einer Produktionsanlage ab, wobei der Produktionsanlage als Ausgangsmaterialien ein Streifen aus Edelstahlblech und der Strang zugeführt werden.
Bei dem unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebenen Verfahren umfasst der Schritt des Bereitstellens 100 des Edelstahlrohrs daher auch die eigentliche Fertigung des Edelstahlrohrs. Dazu umfasst das Bereitstellen 100 des Rohrs zunächst in Schritt 104 das Bereitstellen eines Streifens aus einem Edelstahlblech. Der Streifen weist dabei eine Längsrichtung und eine Querrichtung auf. In Schritt 105 wird der Streifen in Querrichtung zum Rohr gebogen. Zum Biegen des Rohrs wird der Streifen zunächst in Schritt 107 vorgebogen, sodass ein rinnenförmiger Hohlkörper mit einer sich in der Längsrichtung erstreckenden Öffnung entsteht. Gleichzeitig wird in Schritt 101 ein Strang mit einer Mehrzahl von Garnen mit Kohlenstofffasern bereitgestellt. In der gezeigten Implementierung besteht der Strang aus einem Geflecht mit einem Anteil von 60 % Kohlenstofffasern. Nach dem Vorbiegen 107 des Edelstahlbleches wird in Schritt 102 der Strang in Längsrichtung in den rinnenförmigen Hohlkörper eingebracht. Durch die Rinnenform wird der Strang auf dem Edelstahlblech geführt, sodass der Strang nicht von dem Edelstahlblech herunterrutschen kann. Nachdem der Strang in die Rinne eingebracht wurde, wird das Edelstahlblech in Schritt 108 in Querrichtung fertiggebogen, sodass ein rohrförmiger Hohlkörper mit einer zylindrischen Querschnittsfläche entsteht, der sich um den Strang legt. In Schritt 106 wird der rohrförmige Hohlkörper, der aus dem Edelstahlblech besteht, mit einer Längsnaht zu einem längsgeschweißten Edelstahlrohr zugeschweißt. Damit endet der Schritt 100 des Bereitstellens des Rohres.
Nach dem Zuschweißen 106 wird in Schritt 103 das Rohr kaltumgeformt. In der Implementierung des Verfahrens gemäß Figur 2 erfolgt das Kaltumformen durch Kaltziehen. Hierfür wird das Rohr gemeinsam mit dem Strang in der Längsrichtung durch eine Ziehmatrize als Umform Werkzeug gezogen. Nach dem Kaltziehen 103 sind das Edelstahlrohr und der Strang über die gesamte Erstreckung des Stranges in der Längsrichtung des Rohres kraftschlüssig miteinander verbunden.
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung 1 zum Herstellen eines stabförmigen Elementes 20 in einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung. Die Vorrichtung 1 zum Herstellen des stabförmigen Elementes 20 führt dabei das Verfahren zum Herstellen des stabförmigen Elementes 20 aus, so wie es unter Bezugnahme auf Figur 2 zuvor beschrieben wurde.
Figur 4 zeigt ergänzend dazu eine Querschnittsansicht in einer Schnittebene senkrecht zur Längsrichtung des stabförmigen Elementes 20, das mit der Vorrichtung 1 aus Figur 3 hergestellt wurde.
Die Vorrichtung 1 weist eine Zuführeinrichtung 2 für das Edelstahlrohr 3 auf, wobei sich die Zuführeinrichtung 2 aus einer Mehrzahl von Einrichtungen zusammensetzt.
Die Zuführeinrichtung 2 für das Edelstahlrohr 3 umfasst zunächst eine Zuführeinrichtung 8 für den Streifen 9 aus Edelstahlblech. Der Streifen 9 besitzt eine Längsrichtung und eine Querrichtung, wobei die Ausdehnung in Längsrichtung deutlich größer ist als in Querrichtung.
Darüber hinaus weist die Zuführeinrichtung 2 für das Edelstahlrohr 3 eine Biegeeinrichtung 10 zum Biegen des Streifens 9 auf. Die Biegeeinrichtung 10 besteht dabei aus einer Vorbiegeeinrichtung 1 1 und einer Fertigbiegeeinrichtung 12. Mit der Vorbiegeeinrichtung 1 1 wird zunächst der Streifen 9 vorgebogen, sodass der rinnenförmige Hohlkörper 16 entsteht. In diesen rinnenförmigen Hohlkörper 16 wird mit einer Zuführeinrichtung 4 der Strang 5 in den rinnenförmigen Hohlkörper eingebracht. Durch die Rinne des rinnenförmigen Hohlkörpers 16 wird der Strang 5 mittig auf dem Streifen 9 platziert und geführt, sodass der Strang 5 nicht von dem Streifen 9 herunterrutschen kann.
Mit der Fertigbiegeeinrichtung 12 wird nach dem Aufbringen des Stranges 5 auf den Blechstreifen 16 der rinnenförmige Hohlkörper 16 zu einem rohrförmigen Hohlkörper 13 mit kreisförmigem Querschnitt gebogen, wobei sich der Strang 5 innerhalb des rohrförmigen Hohlkörpers 13 in Längsrichtung erstreckt. Mit einer Schweißeinrichtung 14, die ebenfalls Teil der Zuführeinrichtung 2 für das Rohr 3 ist, wird im Anschluss der rohrförmige Hohlkörper 13 mit einer Längsnaht 19 verschweißt, sodass sich die Längsnaht 19 in der Längsrichtung erstreckt und ein längsgeschweißtes Edelstahlrohr 3 entsteht.
Hinter der Schweißeinrichtung 14 ist in einem Abstand d von 3 m die Ziehmatrize 7 einer Ziehbank
6 vorgesehen. Zum Ausführen des Ziehprozesses weist die Ziehbank 6 neben der Ziehmatrize 7 einen motorisch angetriebene Ziehschlitten 17 mit einem drauf montierten Spannzylinder 18 zum Greifen des Rohres 3 hinter der Ziehmatrize 7 auf.
Durch das Ziehen des Rohres 3 mit dem darin angeordneten Strang 5 zusammen durch die Ziehmatrize 7 entsteht das stabförmige Element 20. Der Innendurchmesser der Ziehmatrize 7 und der Außendurchmesser des Edelstahlrohres 3 vor dem Ziehen sind dabei so gewählt, dass nach dem Kaltziehen das Edelstahlrohr eine wie in Figur 4 dargestellte Wanddicke w aufweist. Während nach dem Kaltziehen der Außendurchmesser des Rohres verringert ist, ist die Wanddicke w nach dem Kaltziehen größer als vor dem Kaltziehen. Durch das Kaltziehen sind hinter der Ziehmatrize
7 das Rohr 3 und der Strang 5 über die gesamte Erstreckung des Stranges 5 in der Längsrichtung in dem Rohr 3 kraftschlüssig miteinander verbunden. Der Strang 5 kann innerhalb des Rohres 3 in axialer Richtung nicht verrutschen. Es ist ein stabförmiges Element 20 mit einer über die Zugfestigkeit des kaltgezogenen Rohres hinausgehenden Zugfestigkeit entstanden.
Eine zentrale Steuereinrichtung 15 ist elektrisch mit der Zuführeinrichtung 8 für den Blechstreifen 9, mit der Zuführeinrichtung 4 für den Strang 5, mit der Schweißeinrichtung 14 sowie mit der Ziehbank 6 verbunden. Die Steuereinrichtung 15 steuert während des Betriebs der Anlage 1 die Zuführgeschwindigkeiten des Streifens 9, des Stranges 5 sowie die Schweißgeschwindigkeit der Schweißeinrichtung 14 und die Ziehgeschwindigkeit der Ziehbank 6. Durch das Steuern der zuvor genannten Geschwindigkeiten sind hinter der Ziehmatrize 7 das Rohr 3 und der Strang 5 über die gesamte Erstreckung des Stranges 5 in der Längsrichtung in dem Rohr 3 gleichmäßig kraftschlüssig miteinander verbunden. Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnung sowie den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten wei teren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinatio nen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denk barer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Offenbarung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispiel haft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Offenbarung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort„aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel„eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unter- schiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt Ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zur Herstellung eines stabförmigen Elementes
2 Zuführeinrichtung für ein Edelstahlrohr
3 Edelstahlrohr
4 Zuführeinrichtung für einen Strang
5 Strang
6 Ziehbank
7 Ziehmatrize
8 Zuführeinrichtung für einen Streifen
9 Streifen
10 Biegeeinrichtung
1 1 Vorbiegeeinrichtung
12 Fertigbiegeeinrichtung
13 Rohrförmiger Hohlkörper
14 Schweißeinrichtung
15 Steuereinrichtung
16 Rinnenförmiger Hohlkörper
17 Ziehwagen
18 Spannzylinder
19 Längsnaht
20 Stabförmiges Element
d Abstand
w Wanddicke
100 Bereitstellen eines Rohres
101 Bereitstellen eines Stranges
102 Einbringen eines Stranges
103 Kaltumformen
104 Bereitstellen eines Streifens
105 Biegen eines Streifens
106 Zu schweißen
107 Vorbiegen eines Streifens
108 Fertigbiegen eines Streifens

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen eines stabförmigen Elementes (20), wobei das Verfahren die Schritte aufweist
Bereitstellen (100) eines Rohres (3) aus einem Metall, wobei das Rohr (3) einen Außendurchmesser und eine Längsrichtung aufweist,
Bereitstellen (101 ) mindestens eines Stranges (5) mit einer Mehrzahl von Garnen, wobei zumindest eines der Garne Kohlenstofffasern aufweist,
Einbringen (102) des mindestens einen Stranges (5) in das Rohr (3), so dass sich der mindestens eine Strang (5) in der Längsrichtung in dem Rohr (3) erstreckt, und Kaltumformen (103) des Rohres (3) mit dem mindestens einen darin eingebrachten Strang (5) mit einem Umformwerkzeug, so dass der Außendurchmesser des Rohres (3) vor dem Kaltumformen (103) größer ist als der Außendurchmesser des Rohres (3) nach dem Kaltumformen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Bereitstellen (100) des Rohres (3) die Schritte umfasst
Bereitstellen (104) eines Streifens (9) aus einem Metallblech, wobei der Streifen (9) eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist,
Biegen (105) des Streifens (9) in der Querrichtung, so dass ein rohrförmiger Hohlkörper (13) mit einer zylindrischen Querschnittsfläche entsteht, Zuschweißen (106) des rohrförmigen Hohlkörpers (13) mit einer Längsnaht (19), wobei sich die Längsnaht (19) in der Längsrichtung erstreckt, so dass ein längsgeschweißtes Rohr (3) entsteht,
wobei das Einbringen (102) des mindestens einen Stranges (5) in das Rohr (3) durch Aufbringen des Stranges (5) auf den Streifen (9) vor dem Zuschweißen (106) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegen (105) des Streifens (9) in Querrichtung die Schritte umfasst
Vorbiegen (107) des Streifens (9) in der Querrichtung, so dass ein rinnenförmiger Hohlkörper (16) mit einer sich in der Längsrichtung erstreckenden Öffnung entsteht, und
Fertigbiegen (108) des Streifens (9) in der Querrichtung, so dass ein rohrförmiger Hohlkörper (13) mit einer zylindrischen Querschnittsfläche entsteht, wobei das Einbringen (102) des mindestens einen Stranges (5) in das Rohr (3) vor dem Fertigbiegen (108) des Streifens (9) und durch die Öffnung in den rinnenförmigen Hohlkörper (16) erfolgt.
4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen (102) des mindestens einen Stranges (5) in das Rohr (3) und das Kaltumformen (103) des Rohres (3) mit dem mindestens einen Strang (5) in einer Produktionslinie erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschweißen (106) und das Kaltumformen (103) in einem Abstand (d) in einem Bereich von 2 m bis 4 m erfolgen.
6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) aus einem Edelstahl besteht.
7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strang (5) ausgewählt ist aus einem Seil, einem Gewebe, einem Geflecht, einem Gewirk und einem Multiaxialgelege oder irgendeiner Kombination davon.
8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strang (5) einen Anteil von mindestens 50 % Kohlenstoffasern aufweist.
9. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltumformen (103) durch Kaltziehen des Rohres (3) zusammen mit dem mindestens einen Strang (5) in der Längsrichtung durch eine Ziehmatrize (7) erfolgt, wobei ein Innendurchmesser der Ziehmatrize (7) und ein Außendurchmesser des Rohres (3) vor dem Kaltziehen so gewählt werden, dass nach dem Kaltziehen das Rohr (3) und der mindestens eine Strang (5) kraftschlüssig verbunden sind.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser der Ziehmatrize (7) und ein Außendurchmesser des Rohres (3) vor dem Kaltziehen so gewählt werden, dass eine Wanddicke (w) des Rohres (3) vor dem Kaltziehen kleiner ist als nach dem Kaltziehen.
1 1. Stabförmiges Element (20) erhältlich durch ein Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Stabförmiges Element (20), welches aufweist
ein Rohr (3) aus einem Metall, wobei das Rohr (3) eine Längsrichtung aufweist, mindestens einen sich in der Längsrichtung in dem Rohr (3) erstreckenden Strang (5), wobei der mindestens eine Strang (5) eine Mehrzahl von Garnen mit Kohlenstofffasern aufweist und
wobei das Rohr (3) und der mindestens eine Strang (5) kraftschlüssig verbunden sind.
13. Vorrichtung (1) zum Herstellen eines stabförmigen Elementes (20), wobei die Vorrichtung (1) aufweist
eine Zuführeinrichtung (2) für ein Rohr (3) aus Metall,
eine Zuführeinrichtung (4) für mindestens einen Strang (5) mit einer Mehrzahl von Garnen,
eine Umformeinrichtung, wobei die Umformeinrichtung ein Umformwerkzeug aufweist,
wobei die Zuführeinrichtung (2) für das Rohr (3) und die Zuführeinrichtung (4) für den mindestens einen Strang (5) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich in dem Betrieb der Vorrichtung (1) der Strang (5) in Materialflussrichtung vor dem Umformwerkzeug in dem Rohr (3) erstreckt, und dass das Rohr (3) aus Metall mit dem sich darin erstreckenden mindestens einen Strang (5) mit dem Umformwerkzeug umformbar ist.
14. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (2) für das Rohr (3) aufweist,
eine Zuführeinrichtung (8) für einen Streifen (9) aus einem Metallblech, wobei der Streifen (9) eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist,
eine Biegeeinrichtung (10) zum Biegen des Streifens (9) in der Querrichtung, so dass ein rohrförmiger Hohlkörper (13) mit einer zylindrischen Querschnittsfläche entsteht, und eine Schweißeinrichtung (14) zum Zuschweißen des rohrförmigen Hohlkörpers (13) mit einer Längsnaht (19), wobei sich die Längsnaht (19) in der Längsrichtung erstreckt, so dass ein längsgeschweißtes Rohr (3) entsteht, und dass die Zuführeinrichtung (2) für das Rohr (3) und die Zuführeinrichtung (4) für den mindestens einen Strang (5) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass der Strang (5) vor der Schweißeinrichtung (14) auf den Streifen (9) aus dem Metallblech aufbringbar ist.
15. Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Steuereinrichtung (15) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (15) derart wirksam mit der Zuführeinrichtung (8) für den Streifen (9), mit der Zuführeinrichtung (4) für den mindestens einen Strang (5) und mit der Schweißeinrichtung (14) verbunden ist, dass die Steuereinrichtung (15) in einem Betrieb der Vorrichtung (1 ) eine Zuführgeschwin digkeit der Zuführeinrichtung (8) für den Streifen (9), eine Zuführgeschwindigkeit der Zu führeinrichtung (4) für den mindestens einen Strang (5) und eine Schweißgeschwindigkeit der Schweißeinrichtung (14) steuert.
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