DE2812916A1 - Die fertigung von verstaerktem kunststoffrohr- bzw. kunststoffschlauchmaterial - Google Patents
Die fertigung von verstaerktem kunststoffrohr- bzw. kunststoffschlauchmaterialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf verstärktes Schlauch- bzw. Rohrmaterial, das durch Strangziehen aus einer Matrix von Verstärkungsfasern
hergestellt wird. Diese mit Kunststoff gesättigte Matrix ergibt nach rascher Aushärtung ein starres Rohr bzw. einen
starren Schlauch, wobei die Fasermatrix auf einem Führungs-Dorn
geformt wird. Anschließend an die Aushärtestation wird das ausgehärtete Rohr bzw. der Schlauch stetig gezogen.
Strangziehen ist eine gängige Technik und der Ausdruck "Strangziehen11 wird gebraucht, um jedes System zu bezeichnen, in
dem kontinuierlich Kunststoff und fasrige Verstärkungen zugeführt und vor dem Aushärten zu dem gewünschten Profil geformt
werden. Anschließend an die Aushärtestation wird das ausgehärtete Produkt über ein Zugsystem stetig gezogen.
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Gewöhnlich wird bei der Strangziehtechnik eine Gegenform des gewünschten Profils zur Formung des stranggezogenen Produkts
mit einer Aushärtestation an einer geeigneten Stelle im formgebenden Aufbau vorgesehen. Die Fasern werden dabei auf einen
unterstützenden Dorn aufgezogen. Nachfolgend wird flüssiger Kunststoff in einer verlängerten Hohlform zugesetzt, deren Verlängerung
mit der Aushärtestation verbunden ist.
Ein anderes gängiges Strangziehverfahren umfaßt das Zusetzen von flüssigem Kunststoff zu den Verstärkungsfasern, bevor die
Pasern zu der gewünschten Anordnung geformt werden.
Im allgemeinen wird eine horizontale Anordnung für die Strangziehachse gewählt, obwohl einige Vorschläge für eine Anordnung
existieren, in der das Produkt vertikal abwärts durch die Verarbeitungsstationen gezogen wird.
Die bekannten Vorschläge waren für eine große Zahl verschiedener Produkte erfolgreich. Jedoch benötigten die normalerweise
verwendeten Anordnungen beträchtliche Zeit für Inbetriebnahme und Reinigung, und die Verfahren waren nur dann für Produkte
geeignet, wenn genau angeordnete Pasern und sehr einheitliche Mikrostruktureigenschaften nicht erforderlich waren.
Die Erfindung ist ausgelegt für die Herstellung von verstärktem Kunststoffschlauch bzw. Kunststoffrohr durch ein vertikal
nach oben verlaufendes Strangziehverfahren. Das Rohr- bzw.
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Schlauchmaterial besitzt längsverlaufende Pasern, die von einer
relativ engen schraubenförmigen Längswindung von Pasern überlagert
sind, was eine Fasermatrix ergibt, die mit Kunststoff überzogen und ausgefüllt ist. Der Kunststoff wird aus dem Führungs-Dorn
gepumpt, über den die längsverlaufenden und die schraubenförmig gewickelten Pasern gelegt werden. Aus diesem fließt der
Kunststoff durch die Pasermatrix hindurch, um sie nach dem Aushärteprozeß
zu festigen.
Für Anwendungen, in denen hohe Festigkeit gefordert wird, sind die Zwischenräume zwischen benachbarten Fasern sehr eng.
In diesem Fall ergeben die miteinander durch den Kunststoff starr verbundenen Fasern eine hohe Festigkeit. Insbesondere liefern die
längsverlaufenden Fasern Widerstang gegen einen Zug in Längsrichtung des Produkts, und die schraubenförmig gewickelten Fasern, die
im wesentlichen unter 90° zu den längsverlaufenden Pasern verlaufen,
halten Kräften Stand, die in radialer Ebene des Rohr- bzw. Schlauchmaterials wirken.
Daher können Ausführungsformen der Erfindung besonders
nützlich bei Anwendungen mit Hochfestigkeitsanforderungen sein, wie sie für zylindrische Rohre bzw. Schläuche bei Hochgeschwindigkeitsrotationsmaschinen
bestehen, weil benachbarte Fasern eng aneinander liegen und sogar die parallel zur Achse des Rohr- bzw.
Schlauchmaterials ausgerichteten längsverlaufenden Fasern berühren können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die schraubenförmig
gewickelten Pasern eine so enge Steigung haben können,
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daß sie nahezu einen 90° Winkel mit der Achse des Schlauchbzw.
Rohrmaterials einschließen. Obwohl im allgemeinen die schraubenförmig gewickelten Fasern in jedem Winkel zwischen
85° und 90 zur Achse des Schlauch- bzw. Rohrmaterials wirksam sein können, soll der Winkel vorzugsweise nahe 90° sein,
z.B. ungefähr 89°.
Die Erfindung sieht Verbesserungen sowohl des Produkts als auch des Verfahrens zu seiner Herstellung als auch der
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor.
Hinsichtlich des Produkts sieht die Erfindung ein strang-
mit gezogenes Rohr bzw. einen stranggezogenen Schlauch vor/beliebigem
Querschnitt, wie z.B. kreisförmig oder oval, wobei das Rohr bzw. der Schlauch in Längsrichtung angeordnete und schraubenförmig
gewickelte kontinuierliche Fasern aufweist, die eine Verstärkungsmatrix bilden; dabei bindet der ausgehärtete Kunststoff die Fasern
der Matrix und füllt die Zwischenräume zwischen den Pasern. Das Rohr bzw. der Schlauch besitzt eine innere Oberfläche, die der
Form des Führungs-Dorns entspricht, aus dem der Kunststoff durch die Matrix gepumpt wird, und eine Außenfläche, die durch den bei
Kontakt mit einer Gasatmosphäre, wie z.B. Luft, aushärtenden Kunststoff
gebildet wird.
Obwohl die Matrix aus faserigen Matten oder Bändern geformt werden kann, besteht sie vorzugsweise aus Fäden oder
Strängen aus fasrigem Material und umfaßt wenigstens zwei Lagen.
Besonders wenn hohe Festigkeit gefordert wird, sind zwei Lagen
an schraubenförmigen Wicklungen, die sich in entgegengesetzte Richtungen um die erste längsverlaufende Lage winden, vorgesehen.
Weitere längsverlaufende und schraubenförmig gewickelte Lagen können nach Wunsch vorgesehen werden, wobei die äußere
Lage immer eine schraubenförmig gewickelte ist.
Es wurde herausgefunden, daß stranggezogene Rohre bzw. Schläuche gemäß der Erfindung einen hohen Grad an Gleichmäßigkeit
besitzen, und bei geeigneter Herstellungskontrolle können zylindrische Rohre bzw. Schläuche eine sehr hohe Festigkeit und
Gleichmäßigkeit aufweisen, wodurch sie in Hochgeschwindigkeitsrotationsmaschinen
Verwendung finden können.
Pur die Verwendung in Hochgeschwindigkeitsrotationsmaschinen
besteht die bevorzugte Faser aus einer Karbonfaser und der bevorzugte Kunststoff aus Epoxyharz, wobei bei dieser Ausfuhrungsform
vorzugsweise ein Radiofrequenz-Aushärtesystem verwendet wird.
Bei Vorrichtungen gemäß der Erfindung wird vorzugsweise eine Drehtischvorrichtung um den Führungs-Dorn vorgesehen, mit
Trägern auf dem Drehtisch, von denen kontinuierlich Faserver-Stärkungen für die schraubenförmig gewickelte Lage bzw. Lagen
zugeführt werden. Vorzugsweise sind zwei Lagen, die in entgegengesetzte Richtungen gewunden sind, vorgesehen, und für diesen
Zweck sind die zugehörigen Drehtische an axial versetzten Stellen um den Führungs-Dorn angeordnet.
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Die Vorrichtung kann bequem als offener Rahmen konstruiert werden, in den die Einze!komponenten eingebaut sind, um Inbetriebnahme
und Reinigung der Vorrichtung zu erleichtern. Mit der Verwendung einer Schneidevorrichtung an der Spitze, um gewünschte
Längen an Rohren bzw. Schläuchen abzuschneiden, kann die Vorrichtung für eine beträchtlich lange Zeit in Betrieb sein.
Gewöhnlich wird der Kunststoff am besten so weit erhitzt zugeführt, daß er die gewünschte Viskosität zur vollständigen
Durchdringung der Matrix besitzt. Ein kleiner geheizter Vorratstank, der am Boden der Vorrichtung angeordnet ist, speichert den
Kunststoff, der von Zeit zu Zeit nachgefüllt wird. Die Vorrichtung kann mit einem hohen Grad an Genauigkeit arbeiten, um sehr
einheitliche Schläuche bzw. Rohre zu fertigen, wobei nur eine geringe Wartung erforderlich ist.
Ein besonderer Vorteil von Ausführungsformen der Erfindung besteht darin, daß komplexe und unhandliche Formen zum Halten
des Rohrs bzw. Schläuche während des Aushärtens vermieden werden, was zum großen Teil die Inbetriebnahme der Vorrichtung und ihre
anschließende Reinigung erleichtert.
Ein Vorteil der Verwendung von Karbonfasern und Epoxyharz besteht darin, daß einheitliche Rohre bzw. Schläuche großer
Festigkeit, aber trotzdem geringen Gewichts, hergestellt werden können, die auf Wunsch geringe Wandstärken besitzen. Der
Gebrauch einer Radiofrequenzheizung erlaubt eine schnelle Inbetrieb-
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nähme der Vorrichtung ebenso wie ein schnelles Aushärten, so daß
ein einheitliches Rohr zustande kommt und hohe Produktionsraten
erzielt werden können.
Nach Wunsch können die Rohre bzw. Schläuche gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Lagen an faserigen Verstärkungselementen
besitzen, was dazwischen angeordnete längsverlaufende Lagen einschließen kann. Jedoch besteht die äußere Verstärkungslage aus
einer schraubenförmig gewickelten Lage.
Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht darauf, daß in Längsrichtung angeordnete Pasern über einen Führungs-Dorn gelegt
werden, kontinuierliche Paserverstärkungen um den Führungs-Dorn und über die längsverlaufenden Pasern zur Bildung einer Pasermatrix
gelegt werden, daß Kunststoff durch rings um den Pührungs-Dorn getrennt angebrachte Poren gepumpt wird, um die Pasermatrix
mit dem durch die Matrix fließenden Kunststoff zu imprägnieren,
und daß der Kunststoff in einer Heizeinheit schnell zum Aushärten gebracht wird, wobei das Rohr bzw. der Schlauch in einer Zugvorrichtung
aufwärts gezogen wird, die über der Aushärtestation angebracht ist.
Weiterhin kann durch Anfügen zusätzlicher Zuführeinheiten für längsverlaufende und schraubenförmig gewickelte Pasern längs
des Pührungs-Dorns unterhalb der Poren für den Kunststoff jede gewünschte
viellagige Faseranordnung erreicht werden, vorausgesetzt,
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daß die letzte Lage, die aufgelegt wird, eine schraubenförmig gewickelte Lage ist.
Zu bestimmten Zeiten werden gewünschte Längen des stranggezogenen Rohrs bzw. Schlauchs mittels einer Schneidevorrichtung
abgeschnitten, die sich mit derselben Geschwindigkeit wie das Rohr bzw. der Schlauch vertikal bewegt. Wenn die gewünschten
Längen relativ kurz sind, kann der Gesamtaufbau relativ gedrungen sein.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Pig. 1 eine Querschnittsansicht in vertikaler Ebene, die eine erste Ausführungsform, darstellt, und
Pig. 2 eine maßstäbliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform.
Die Vorrichtung nach Pig. 1 umfaßt einen offenen Rahmen 1,
auf dem die Einzelkomponenten angebracht sind. Aus Gründen der Klarheit sind Teile des Rahmens nur schematisch gezeichnet. Der
Rahmen hält einen hohlen, vertikalen Pührungs-Dorn 2 mit einem KunststoffVersorgungskanal 3, der axial im Dorn verläuft, vierzig
kranzförmig angeordnete, voneinander getrennte Versorgungsspulen
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zur Zuführung der längs verlauf end en Kar b onf as erst ränge, eine
erste und zweite Versorgungsspule 5 und 6 für die schraubenförmig gewickelten Karbonfaserstränge, eine Radiofrequenzheizspule
7, vertikal versetzt über dem Wicklungspunkt der schraubenförmig gewickelten Stränge angeordnet, eine schleppbandartige
Zugvorrichtung 8, um das stranggezogene Rohr bzw. den Schlauch aufwärts zu ziehen, und eine Schneidevorrichtung 9, die gewünschte
Längen des Rohrs bzw. des Schläuche zu bestimmten Zeiten abschneidet.
Die Vorrichtung ist so konzipiert, daß sie einfach aufzubauen,
schnell in Betrieb zu setzen, und schnell nach einem Produktionslauf zu reinigen ist. Diesen Zwecken, und dem Zweck
der Herstellung eines hochgradig genauen und gleichmäßigen Rohrs bzw. Schlauchs, ist durch die Ausbildung der Vorrichtung mit
einem ganz offenen Rahmen 1, um die anfängliche Verflechtung der Paserstränge zu erleichtern, und durch aufwärts verlaufendes Strangziehen
mit der gezeigten Teileanordnung Rechnung getragen. Wie ersichtlich, ist ein einfaches und kleines KunststoffVersorgungssystem
vorgesehen, so daß das abzugebende Kunststoffvolumen klein
"bleibt. Der Kunststoff wird an einer Position unmittelbar unter der
Heizeinheit zugeführt. Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal besteht darin, daß der Kunststoff durch eine Matrix an gewundenen Fasern
zur Bildung der Außenfläche des Rohrs bzw. des Schlauchs gepreßt wird. Danach härtet der Kunststoff durch die in den Fasern mit
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der Radiofrequenzspule 7 erzeugte Hitze schnell aus.
Der Führungs-Dorn 2 wird bequemerweise aus einem mit einer axialen Bohrung versehenen unteren Teil 2A und einen darüber
sitzenden zentralen Teil 2B gefertigt, der an der Spitze geschlossen ist, sonst ebenfalls eine axiale Bohrung und eine Vielzahl
von radialen, nach außen verlaufenden Verbindungsbohrungen
aufweist, die in einem gleichmäßigen Feld an Austrittsbohrungen enden, durch welches der Kunststoff gepreßt wird. Zusätzlich kann
ein hohles Aufsatzteil 2C verwendet werden, das als Führung für den geformten Schlauch bzw. das Rohr durch die Heizspule 7 wirkt.
Eine Tropfschale 10 für den überschüssigen Kunststoff umgibt
den unteren Teil 2A des Führungs-Dorns, über die der gesammelte Kunststoff durch eine Leitung 11 zu dem geheizten Vorratstank 12
zurückfließt. Eine Pumpe 13 führt den heißen Kunststoff unter Druck über eine Versorgungsleitung 14 zum unteren Teil des Führungs-Dorns
2A. Frischer Kunststoff kann durch die Einlaßleitung 15 abhängig
von der in der Fasermatrix gebundenen Menge zugeführt werden.
Obwohl die Faserverstärkungen von jeder passenden Form sein
können, wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise mit verlängerten Fäden oder Strängen aus fasrigem Material betrieben,
die auf den zugehörigen Spulen 4, 5 und 6 angeordnet sind. Jeder der Stränge 4A der getrennt angeordneten Spulen 4 läuft aufwärts
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durch einen kurzen, hohlen zylindrischen Führungsring 16, der jeden Strang in Spannung hält. Bei axialem Verlauf entlang der
Außenseite des Führungs-Dorns 2 werden die Stränge genau parallel
zueinander ausgerichtet.
Axial versetzt über dem Führungsring 16 befindet sich die
Wickelvorrichtung für die schraubenförmig gewickelten Fäden oder Stränge aus fasrigem Material. Axial versetzte Drehtische 17 und
18 rotieren synchronisiert in gegensinniger Drehung um den Führungs Dorn und tragen entsprechende Träger 19 und 20, auf denen die Spule
5 und 6 angebracht sind. Ein gemeinsamer Motorantrieb (nicht gezeigt)
treibt die Drehtische über Keilriemen an.
Die erste schraubenförmig gewickelte Lage von der Spule 5
und die zweite schraubenförmig gewickelte Lage von der Spule 6
werden unterhalb der Poren für den Kunststoff über die längsverlaufende Faserlage gewickelt, wobei die Anordnung so ist, daß
der Kunststoff die Fasern überzieht und die Zwischenräume in der Struktur ausfüllt und der überschüssige Kunststoff gleichmäßig
von der Außenseite abläuft, wodurch ein sehr gleichmäßig geformtes Rohr erzeugt werden kann.
Wenn es sich bei den Fasern um Karbonfasern und beim Kunststoff um Epoxyharz handelt, besteht die Heizeinheit 7 vorzugsweise
aus einer Radiofrequenzspule, obwohl bei Glasfasern ein Mikrowellenheizgerät angebracht wäre.
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Die Verwendung einer Vorrichtung basierend auf der Anordnung nach den Zeichnungen hat gezeigt, daß es möglich ist, mit Karbonfasern
und Epoxyharz sehr gleichmäßige Rohre bzw. Schläuche jeder brauchbaren länge zum Gebrauch in Hochgeschwindigkeitsrotationsmaschinen
herzustellen. Die Rohre bzw. Schläuche sind von einer niedrigen Dichte zusammen mit einer hohen Festigkeit und können
den sehr hohen Kräften widerstehen, die im Betrieb auftreten. Weiterhin
wurde gezeigt, daß die Vorrichtung schnell betriebsbereit gemacht und anschließend wegen der offenen Ausführung schnell gereirfgt
werden kann, ohne komplexe Formen mit langen, engen ringförmigen Passagen reinigen zu müssen.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist in vieler Hinsicht der Vorrichtung
nach Fig. 1 ähnlich, so daß nur die Unterschiede erklärt werden sollen. Dabei tragen ähnliche Teile die gleichen Bezugsnummern wie bei Fig. 1.
Der offene Rahmen 1 ist in Fig. 2 nicht gezeigt, außer daß seine zylindrische Einhüllende in gestrichelten Linien gezeichnet
ist.
Die längsverlaufenden Verstärkungsfasern bestehen aus Strängen
4A, von denen jeder eine Vielzahl von Fasern umfaßt. Die Stränge werden von zugehörigen kontinuierlichen Versorgungseinheiten zugeführt,
die in der Zeichnung nicht gezeigt sind. Die Stränge können direkt von einer z.B. mit Spule, Wickel, Hohlwickelbehälter
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od. dgl. "bestückten Vorratsstation abgezogen werden, die
entfernt von der dargestellten Vorrichtung angeordnet ist. Die Stränge werden unter einer Führungsrolle 4 B mit rinnenförmiger
Vertiefung, durch einen ausgleichenden Rechen 4C und aufwärts durch den Führungsring 16 zugeführt. Der ausgleichende
Rechen ist gekrümmt, wobei der Kurvenmittelpunkt in der Achse des Führungs-Dorns 2 liegt. Mehrer Versorgungseinheiten für die längsverlaufenden Fasern sind um den Führungs-Dorn
getrennt angeordnet, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen aber nur eine in der Zeichnung dargestellt ist. Die gezeigte
Struktur hat den Vorteil, daß die Anfangsteile der Stränge aneinandergeheftet werden können, um eine gleichmäßige Zuführung
der Stränge unter der Rolle 4B, durch den Rechen 40 und aufwärts durch den Führungsring 16 zu ermöglichen. Anfänglieh
müssen die Fasern manuell aufwärts gezogen werden, um das Zugsystem 8 in Betrieb setzen zu können.
Die erste und zweite schraubenförmig gewickelte Lage an kontinuierlichen Fasern wird von Trägern 19 und 20 gewickelt,
die auf entsprechenden ringförmigen Drehtischen 17 und 18 angebracht sind. Diese werden in entgegengesetzte Richtungen durch
einen Elektromotor 21 angetrieben, der über Zahnräder 23 und angeschlossen ist. Die Karbonfaserstränge werden von Hohlbehältern
zugeführt. Dabei sind die Strängenden aus einem Behälter mit denen eines weiteren Behälters auf jedem Drehtisch verknüpft,
so daß eine verlängerte Arbeitsphase durch das Einsetzen eines
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neuen anstelle eines leeren Behälters ermöglicht wird. Die zugehörigen
Träger 19 und 20 haben einen Sohleifmechanismus (nicht gezeigt) zum Spannen der zugehörigen Stränge.
Diese Ausfuhrungsform benutzt auch eine Radiofrequenzheizspule
7, die den Schlauch bzw. das Rohr umgibt (hier aufgebrochen gezeichnet zur Darstellung des Oberteils 20 des Führungs-Dorns).
Der Führungs-Dorn hat dieselbe Form wie in Fig. 1 gezeigt, mit Auslaßöffnungen zwischen dem oberen Drehtisch 18 und der
Heizspule 7·
In der Ausführungsform nach Fig. 2 umfaßt die Zugeinheit 8
ein Paar hydraulisch betriebener Zugvorrichtungen 8A und 8B, die so angeordnet sind, daß sie phasenversetzt zueinander arbeiten.
Ein Paar in bestimmtem Abstand zueinander angeordneter Stangen 80 liefert die Führung für die Greifeinheiten, wobei jede
Greifeinheit eine Trägerplatte 8D mit röhrenförmigen Endteilen
besitzt, die über die Stangen 80 gleiten können. Die Greifeinheiten
werden aufwärts und abwärts in der Führung mittels zugehöriger hydraulischer Betätigungen 8E versetzt. Außerdem ist
ein Paar hydraulischer Stempel 8F auf jeder Trägerplatte 8D angebracht, um die gekrümmten Greifer 8G an die Außenwand des Rohrs
bzw. des Schlauchs anzusetzen.
Eine in der Zeichnung nicht gezeigte Steuereinheit regelt die zeitliche Betätigung der zugehörigen Greifeinheiten, so daß,
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wenn die untere Greifeinheit 8A ihre obere Position erreicht,
wie in der Zeichnung gezeigt, die Greifer der unteren Greifeinheit
unmittelbar, nachdem die Greifer der oberen Einheit den Schlauch bzw. das Rohr erfaßt haben, zurückgezogen werden und
die obere Greifeinheit dann aufwärts mit der erforderlichen Geschwindigkeit versetzt wird, während die untere Greifeinheit zu
ihrer unteren Position zurückgebracht wird, um den Schlauch bzw. das Rohr in einer zweiten Phase des Zugreifzyklus wieder zu erfassen.
Die Schneidevorrichtung 9 in. Fig. 2 umfaßt einen Trägerrahmen
9A, der am oberen Ende der Stangen 8C angebracht ist, an diesen entlanggleiten kann, und durch einen hydraulischen Stempel,
der in der Zeichnung nicht gezeigt ist, in vertikale Richtung versetzt werden kann. Dabei erfolgt die Aufwärtsbewegung mit einer
kontrollierten Geschwindigkeit, die der Geschwindigkeit gleich ist, mit der der Schlauch bzw. das Rohr aufwärtsgezogen wird. Eine
zweite hydraulische Greifeinheit 9B befindet sich auf dem Rahmen
9A zur Betätigung eines Paars von gekrümmten Greifern 9G, welche
das Rohr umfassen, um es während des Schnitts zu unterstützen. Die Schneidevorrichtung enthält ein kreisförmiges Schnittblatt 9D, das
von einem Motor 9E angetrieben wird, auf einer beweglichen Trägerstruktur 9Ϊ1 angebracht ist und in horizontaler Richtung durch eine
dritte hydraulische Einheit 9G bewegbar ist.
Die Schneidevorrichtung wirkt so, daß bei der Aufwärtsbewegung des Rohrs bzw. des Schläuche die hydraulische Einheit 9B
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den Greifer zum Zugreifen bringt und die Schlauch- bzw. Rohrwand unter der Schnittstelle unterstützt. Die ganze Einheit wird dann
aufwärts mit der Vorrückgeschwindigkeit des Rohrs bzw. des Schlauchs bewegt und die hydraulische Betätigungsvorrichtung 9G-in
Betrieb gesetzt, um das kreisförmige Schnittblatt 9D durch den Schlauch bzw. das Rohr zu schieben. Nach dem Schnitt wird das
Schnittblatt 9D ebenso wie die Greifer 9G zurückgezogen.
Um eine automatische Betätigung zu erleichtern, ist eine Uhterstützungseinheit 25 für das Rohr bzw. den Schlauch an der
Spitze der Vorrichtung angeordnet. Sie umfaßt ein Paar gabelartiger Führungen 26, einen V-förmigen Aufnahmeteil 27, der auf
einem an einem Gestänge 29 drehbaren TJnterstützungsarm 28 angebracht
ist, aus einer Klammer 30 und einer Betätigungsstange 31.
Die Anordnung ist dergestalt, daß bei Beendigung des Schnittvorgangs
die Klammer 30 über eine Drehbewegung durch den hydraulischen Betätigungsmechanismus 32 das Rohr bzw. den Schlauch ergreift.
Ein weiterer hydraulischer Betätigungsmechanismus 31 dreht das Aufnahmeteil 27 um 90° in eine horizontale Lage. Die Klammer
30 wird dann gelöst, um den Schlauch bzw. das Rohr zu einer Ablauframpe rollen zu lassen.
Im folgenden sind betriebsgünstige bzw. empfohlene Werte aufgelistet, um Rohre bzw. Schläuche aus Epoxyharz und Karbonfaserverstärkung
mit Durchmessern in der Größenordnung von 50 mm
- 16 809839/1034
herzustellen.
Harzviskosität 100 - 140 CP
(oder 0,1 - 0,14 Pascalsekunden)
Harztemperatur 80° - 90° C
Harzaushärtezeit 0,1-1 Minute "bei 160° G
lertigungsrate 0,07 - 0,6 Meter/Minute
Rohr- "bzw. Schlauchdurchmesser 2,5 - 15 cm
Rohr- "bzw. Schlauchwandstärke 0,5 - 5 nun
Porenanteil nach Aushärtung 0,01 - 0,1 VoI $
Harz-zu-Faser-Verhältnis 40 - 70 VoI #
- 17 -
809839/1034
Leerseite
Claims (12)
- Patentansprüche :Verfahren zum Herstellen faserverstärkter Rohre oder Schläuche aus Kunststoff im Strangziehverfahren, bei dem kontinuierlich Verstärkungsfasern über einen Führungs-Dorn zur Bildung einer Fasermatrix gelegt werden, flüssiger Kunststoff aufgebracht wird, die mit dem Kunststoff imprägnierte Matrix zu einer Aushärtestation bewegt wird, bei der Wärme zugeführt wird, und das ausgehärtete ,starre Rohr abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangziehen in Aufwärtsrichtung erfolgt, die Fasermatrix durch eine erste Lage in Längsrichtung verlaufender Verstärkungsfasern auf dem Führungs-Dorn gebildet wird, wobei die Fasern in Abständen um den Dorn herum angeordnet sind, und dann eine durchgehende Verstärkung aus Fasermaterial um den Führungs-Dorn und über die in Längsrichtung angeordneten Fasern in einer Wickelstation gewickelt wird, und daß,in einer der Wickeleinheit nachgeschalteten Zuführstation der Kunststoff durch getrennte, in Abständen um den Führungs-Dorn angeordnete öffnungen gepumpt wird, um die Fasermatrix zu überziehen.809839/103-4a 2612916
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die längsverlaufenden Verstärkungsfasern und die kontinuierliche, gewickelte Faserverstärkung aus Karbonfasern bestehen, der Kunststoff ein Epoxyharz ist und der Aushärteschritt mit einer Radiofrequenzheizspule ausgeführt wird, die mit einem Abstand um die Zuführstation für den Kunststoff herum angeordnet ist.
- 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Faaerverstärkung für die Wicklung einen ersten und zweiten Paserstrang umfaßt, die von zugehörigen ersten und zweiten Spuleneinheiten auf zugehörigen Drehtischen zugeführt werden, die synchron zu gegensinniger Drehung angetrieben werden und axial voneinander versetzt sind, wobei die wendeiförmigen Verstärkungswicklungen über die in Längsrichtung verlaufenden Fasern gelegt werden.
- 4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die kontinuierliche Faserverstärkung für die Wicklung in wendeiförmigem Verlauf mit einem Winkel von ungefähr 89° zur Strangziehachse gewickelt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schneidevorrichtung oberhalb der Zugvorrichtung in bestimmten Zeitabständen betätigt wird, und daß die durch die Schneidevorrichtung abgeschnittenen Schlauch- bzw.809839/1034Rohrlängen abgeführt werden.
- 6. Vorrichtung zum Herstellen von Schläuchen oder Rohren nach dem Strangziehverfahren mit einem Führungs-Dorn, einer Vorrichtung zum Legen kontinuierlicher Faserverstärkungen über diesen Führungs-Dorn zur Bildung einer Fasermatrix, einer Vorrichtung zum Tränken der Fasermatrix mit flüssigem Kunststoff, einer Vorrichtung zum schnellen Aushärten des Kunststoffs zur Formung eines Schläuche bzw. eines Rohrs, und einer Vorrichtung zum Ziehen des Schlauche bzw. des Rohrs durch Angriff am Schlauch bzw. Rohr an einer Position, an welcher der Schlauch .bzw. das Rohr hart ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Führungs-Dorn (2) radial auswärts gerichtete Auslaßöffnungen zur Abgabe von flüssigem Kunststoff in und durch die Fasermatrix besitzt, daß die Vorrichtung für vertikales Strangziehen nach oben eingerichtet ist, daß eine erste, unten angebrachte Versorgungseinheit (4, 16), die an einem niedrigeren Punkt als die Auslaßöffnungen am Führungs-Dorn angeordnet ist, zur Zuführung und Anbringung kontinuierlicher Faserverstärkungen am Führungs-Dorn vorgesehen ist, wobei die Fasern in Längsrichtung verlaufend in Abständen um den Führungs-Dorn angeordnet sind, daß eine zweite Versorgungseinheit (6, 18, 20), um kontinuierliche Faserverstärkungen als eine schraubenförmig gewundene Lage über die längsverlaufenden Verstärkungen zur Formung einer Fasermatrix zu wickeln, vorgesehen ist, wobei diese zweite Versorgungseinheit an einer Position über der ersten Versorgungseinheit angebracht ist, daß eine Heizung (7) oberhalb der radialen- 3 ©09Ö39/1034Auslaßöffnungen für den Kunststoff angeordnet ist, um dem aus der mit Kunststoff gesättigten Fasermatrix gebildeten Rohr von außen Wärme zuzuführen, und daß eine Zugvorrichtung (8) vorgesehen ist, die über der Heizung (7) angeordnet ist, um das ausgehärtete Rohr bzw. den Schlauch aufwärts zu ziehen.
- 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizung (7) eine Radiofrequenzheizspule ist, und daß der Führungs-Dorn einen Verlängerungsabschnitt (2C) besitzt, der sich nach oben oberhalb der Auslaßöffnungen für den Kunststoff und in die Heizspule hineinjerstreckt.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Versοrgungseinheit einen ersten Drehtisch (18), eine Spulenhalterung (20) auf demDrehtisch zur Aufnahme von Spulen (6) von kontinuierlichen Fasern,/ einen zweiten Drehtisch (17) mit einer zweiten Spulenhalteiung (19) zur Aufnahme von Spulen (5) von kontinuierlichen Fasern umfaßt, wobei die Drehtische axial versetzt bezüglich des Führungs-Dorns angeordnet sind und zentrale Öffnungen aufweisen, durch welche der Führungs-Dorn verläuft, und eine Antriebseinheit (21, 22, 23, 24) zur synchronen Bewegung in entgegengesetzte Richtungen besitzen.
- 9· Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schneidevorrichtung (9) an einer Position oberhalb der Zugvorrichtung (8) vorgesehen und zum Abschnei-809839/1034den "bestimmter Längen des stranggezogenen Rohrs bzw. Schläuche ausgelegt ist.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidevorrichtung (9) ein Aufnahme- teil (27) und eine Klammer (30), die an einem Gestänge (29) schwenkbar angeordnet sind, eine Betätigungsvorrichtung (32) zum Anlegen der Klammer und des Aufnahmeteils um den abzuschneidenden Rohrabschnitt, und ein betätigbares Gestänge (29) zum Kippen des Aufnahmeteils und der Klammer in eine horizontale Stellung zum Preigeben des Rohrs umfaßt.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß an einer Stelle unter der ersten Versorgungseinheit ein Tropfbehälter (10) für überschüssigen Kunststoff zum Auffangen desselben vorgesehen ist, wobei eine Rückflußverbindung (11) den Tropfbehälter mit einem geheizten Kunststoff Vorrats tank (12.) verbindet und eine Pumpe (13) den erhitzten Kunststoff durch eine leitung (14) pumpt, welche zum Versorgungskanal (3) in dem Führungs-Dorn (2) führt.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch g e kennzeichnet, daß die Zugvorrichtung (8) eine erste und zweite mit Druckmittel betriebene Greifeinheit (8A, 8B), die an vertikal versetzten Stellen an Führungen (8C) angebracht sind, und Steuervorrichtungen aufweisen, die die Greifer phasenversetzt009339/1034voneinander betrieben, um das Rohr abwechselnd zu greifen und aufwärts zu bewegen, besitzt.13· Stranggezogenes Rohr oder stranggezogener Schlauch Ton im wesentlichen einheitlicher Wandstärke, dadurch gekennzeichnet , daß es bzw. er durch vertikal aufwärts gerichtetes Strangziehen hergestellt ist und eine mit ausgehärtetem Kunststoff gesättigte Fasermatrix umfaßt, wobei der Kunststoffvon innen durch die Fasermatrix gepreßt ist, die Innenfläche des Rohrs die Form des Führungs-Dorns besitzt und in Längsrichtung angeordnete Verstärkungsfasern aufweist, und der Außenteil des Rohrs bzw. Schlauchs wenigstens eine schraubenförmig gewundene Paserverstärkungslage aufweist, die die in Längsrichtung verlaufende Paserlage überlagert.14-. Stranggezogenes Rohr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die verstärkende Fasermatrix aus Karbonfasern und der Kunststoff aus Epoxyharz besteht.803839/1034
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