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KarbonarmierungenCarbon Die Case

Karbonarmierungen

Die Idee ist so überzeugend, dass man sich fragen musste: Warum erst jetzt?
Matrizen (Kerne) werden vorgespannt, damit bei der Kalt-massivumformung auftretenden Kräfte   aufgenommen wer-den können.
 
Von Einfach- über Mehrfach- bis hin zu Wickelarmierungen sind viele Varianten im Einsatz.
Bild 1: Karbonarmierte Matrize im Schnitt
Ungeachtet der Bauausführung werden jedoch alle so genannten Schrumpfverbände durch die Festigkeits-eigenschaften des  Armierungsmaterials in ihrer Wirkung begrenzt.

Die Eigenschaften des Armierungsmateriales entscheiden neben der Dimensionierung letztendlich über den möglichen Innendruck, den erforderlichen Bauraum aber insbesondere auch durch die  Wärmeausdehnung über die Hubzahl der Presse und somit über die Produktivität.

In der Kaltumformung entstehen hohe Umformkräfte. Hohe Kräfte in Verbindung mit Reibung erzeugen Wärme. Die Wärme dehnt die Werkzeuge und natürlich die Armierung, was zu einer wesentlichen Abnahme der Armierungswirkung führt.

Bei Arbeitstemperaturen von 200-300 C° beginnt die Armie-rungswirkung bereits wesentlich nachzulassen was zwangs-läufig zu einer Minderung der Belastbarkeit der Kerne führt.

Damit wird klar, egal wie schnell die Maschine laufen kann, die Schlacht wird mit der Armierung geschlagen.
Die Armierung darf sich nur wenig erwärmen oder nur in engen Grenzen dehnen.
Die Temperaturbeständigkeit bezogen auf den Wärmeausdehnungskoeffizient ist bei Karbonarmierungen eine sehr entscheidende Eigenschaft.
Karbon hat eine geringe Wärmedehnung.
Damit bleibt trotz der Temperaturschwankung im Arbeitsbereich die Armierungswirkungswirkung konstant.

Damit eröffnet sich die Möglichkeit mit höheren Temperaturen zu arbeiten.

Die Armierungen werden aber heute aufgrund des Bindemittels  dennoch auf 400C° begrenzt und sind zur Zeit für die Warmumformung noch nicht im Einsatz.

Neben dem negativen Wärmeausdehnungskoeffizient ist Karbon aber zudem bis zum Vier-Fachen gegenüber Stahl auf Zug belastbar.
Die hohe Belastbarkeit kann zum Einbringen höherer Vorspannungen oder für eine Verk-leinerung des Einbauraums genutzt werden.

Letzteres wird in der Mehrzahl der Fälle von Karbonarmierung erwartet, denn die Abstände der Pressstufen sind in einer Mehrstufenpresse baulich unveränderbar und verbieten in den meisten Fällen den Einsatz von beispielsweise Wickelarmie-rungen.

Man kann also in kleineren Bauräumen höhere Vorspannungen erzeugen.
Bild 2: Dehnverhalten des Karbonringes
Durch den hohen Technologisierungsgrad werden alle Bauteile an der Belastungsgrenze betrieben.
Im Versagensfall kann die Armierung bersten, wodurch Bruchstücke wie Geschosse durch den Arbeitsraum fliegen.

Das Berstverhalten einer Karbonarmierung ist gegenüber dem von Stahl völlig unkritisch.
Die Armierung ist aus einer Vielzahl von Einzelfasern gewickelt, die keinerlei  Risswachs-tum, wie an metallischen Werkstoffen, erlaubt.
Bei einer Überlastung reißen die Fasern einzeln nacheinander. Der Ring fasert auf.  

Eine Herausforderung ist jedoch, das Vorspannen.
Anders als bei Stahlringen, kann der Kern nicht über einen Konus eingepresst werden oder in eine erwärmte und damit aufgeweitete Armierung eingelegt werden.

Üblich ist hier der Einsatz von geschlitzten Buchsen zwischen Kern und Armierung. Das funktioniert leider mit Karbon nicht. Das Karbon würde sich in die Schlitze einarbeiten und damit die Vorspannung verlieren.

Das Einbringen der Vorspannung  ist eines der Fertigungsgeheimnise der Firma SIEBER.

Für das Verfahren wurde das Europapatent DE 199 16 566 B4 erteilt.