DE69622999T2

DE69622999T2 - Pultrusionsvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE69622999T2
Application number: DE69622999T
Authority: DE
Inventors: Maywood L Wilson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: EP0814950B1; JPH11502789A; EP0814950A1; MX9707305A; EP0814950A4; DE69622999D1; US5540797A; CA2215961C; AU691104B2; JP3273044B2; CA2215961A1; WO1996030196A1; AU5187496A

Description

Diese Erfindung bezieht sich insgesamt auf die Herstellung von faserverstärkten Strukturkörpern und insbesondere auf eine verbesserte Pultrusionsvorrichtung und auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von mit Harz imprägnierten Fasern in Form von Stangen, Stäben, Schläuchen, Rohren und anderen Bauformen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Pultrusionssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen imprägnierten Fasern.
Ein gattungsgemäßes Pultrusionssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US 5 225 020 bekannt.
Der Ausdruck Pultrusion wird zur Beschreibung eines kontinuierlichen Ziehens von Faserkabeln oder Rovings durch ein Harz für die Imprägnierung, durch ein erhitztes Ziehwerkzeug für die Polymerisation und zu einer Abschneidstation zum Abschneiden der kontinuierlich gezogenen Strukturkörper auf gewünschte Längen. Pultrusionsverfahren, die Verstärkungen aus Glasfaser, Graphit und Aramidfasern sowie wärmehärtbare Harze verwenden, sind bekannt und werden als "herkömmliche Pultrusion" bezeichnet, während Pultrusionsprozesse unter Verwendung von thermoplastischen Harzen sehr selten sind.
Ein Nachteil von Stukturkörpern, die durch Pultrusion von wärmehärtbarem Harz erhalten werden, ist das Unvermögen, eine Struktur wiederzubilden oder neu zu formen, nachdem sie den Prozeß durchlaufen hat, aufgrund der fehlenden Möglichkeit, die Vernetzung der Harzmoleküle in dem Prozeß umzukehren.
Ein weiterer Nachteil der Verwendung von wärmehärtbarem Harz bei der Pultrusion ist das Erfordernis von giftigen und gefährlichen Chemikalien und Lösungsmitteln, die in den Prozessinhaltsstoffen verwendet werden. Zu diesen Materialien gehören Monomere und Reaktionsteilnehmer, wie Styrol und Methylendianilin und andere.
Die bei manchen Verfahren für die thermoplastische Pultrusion verwendeten Lösungsmittel, wie Methylenchlorid, Chloroform, Dimethylformamid und Normalmethylpyrrolidon, die beim Lösen von thermoplastischen Polymeren vor dem Imprägnieren von Fasern in Aufschlämmungen und Lösungen verwendet werden, ergeben ebenfalls Probleme.
Ein weiterer Nachteil der gegenwärtig verwendeten thermoplastischen Pultrusionsmethodik ist das Unvermögen, ein optimales Volumenverhältnis von Faser zu Harz zu er halten und dadurch die mechanische Festigkeit, insbesondere die Druck-, Biege- und Zugfestigkeit der kontinuierlich gezogenen Strukturkörper zu maximieren.
Weitere Nachteile der thermoplastischen Pultrusionsprodukte und Verfahren bestehen darin, dass die Fasern nicht vollständig imprägniert werden, wodurch in harzarmen Bereichen Hohlräume verursacht werden, ergeben sich aus den Kosten der Verwendung von vorgefertigten Kabelpregs oder Prepreg-Bändern und bestehen in der Begrenzung hinsichtlich verfügbarer Längen dieser Materialien, da sie im allgemeinen von Verkäufern außerhalb der Pultrusionsindustrie und nicht in Längen verfügbar hergestellt werden, die von der Pultrusionsindustrie gewöhnlich verwendet werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von endlosen faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörperprofilen oder -formen bereitzustellen, die die Nachteile der wärmehärtenden und thermoplastischen Pultrusionsverfahren nach dem Stand der Technik ausschließen oder auf ein Minimum reduzieren.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Pultrusionssystem nach dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen imprägnierten Fasern nach Anspruch 22 erreicht.
Das System und das Verfahren nach der Erfindung erlauben die Ausbildung von themoplastischen Strukturkörperprofilen oder -formen, die im wesentlichen hohlraumfrei sind und die durch Aufbringen von Wärme und Druck in zusätzliche Formen und Strukturen neu geformt oder nachgefertigt werden können. Das System und das Verfahren nach der Erfindung können weiterhin recyclisiertes Thermoplast, wie Polyethylenterephthalat aus recyclisierten Kunststoffflaschen für alkoholfreie Getränke, oder ungebrauchte oder frische Harze verwenden. Das System und das Verfahren nach der Erfindung sind umweltfreundlich und arbeiten ohne Lösungsmittel oder gefährliche Chemikalien. Sie erzeugen keine giftigen Dämpfe. Darüber hinaus sind die Kosten effektiv und können zur Herstellung von endlos langen faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörpern verwendet werden, die auf die gewünschten Längen geschnitten oder auf Trommeln gespeichert oder transportiert werden können. Durch Verwendung des Systems und des Verfahrens nach der Erfindung können faserverstärkte thermoplastische Strukturkörper zu Spannkabeln für Brücken, zu Rückhaltewänden und Verstärkungsstäben in Beton verarbeitet werden, die für den Einsatz in korrosiven Umgebungen und Erdbebengebieten geeignet sind. Erfindungsgemäß können Mehrfachfaserkabel in einem thermoplastischen Heißschmelz-Pultrusionsverfahren imprägniert werden, das eine durchgehende Harzbenetzung und Imprägnierung gewährleistet, während ein gleichförmiger Harzstrom aufrechterhalten und ein Überhitzen und Verkohlen des Harzes ausgeschlossen wird.
Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen des Pultrusionssystems nach der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 21.
Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind Gegenstände der Ansprüche 23 bis 25.
Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und viele der zugehörigen Vorteile werden leichter erkennbar, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ins einzelne gehende Beschreibung unter Einbeziehung der beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden, in denen,
1 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische Seitenansicht (mit weggelassenen Teilen) einer Pultrusionsmaschine nach der Erfindung ist,
2 eine Stirnansicht der Pultrusionsmaschine von 1 ist, die das Faserkabeleintrittsende der Faserkabelführung und den Vorwärmbehälter zeigt,
3 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische vergrößerte Seitenansicht der Pultrusionsmaschine von 1 ist, die Einzelheiten der Faserkabelführung und des Vorwärmbehälters sowie den weiteren Aufbau der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische sowie teilweise weggeschnittene Seitenansicht der Pultrusionsmaschine von 1 ist und das dafür verwendete Ziehwerkzeug zeigt, wenn ein Rohr oder Schläuche kontinuierlich gezogen werden,
5 eine teilweise geschnittene und teilweise weggeschnittene Draufsicht auf die Pultrusionsmaschine von 1 ist, die Einzelheiten eines Mehrfachhohlraums oder einer Verteilerziehwerkzeugmodifizierung mit einem Aufwickelspulenaufbau für die Aufnahme und gesonderte Kammerspeicherung der pultrudierten Mehrfachstrukturkörper zeigt, die mit dieser Ausführungsform erhalten werden,
6 eine teilweise schematische Schnittansicht längs der Linie VI-VI von 3 ist und 7 eine teilweise schematische Teilschnittansicht der Pultrusionsmaschine der vorliegenden Erfindung ist, wobei Teile so ausgerichtet sind, dass Einzelheiten des Fasereintrittsendes, der Faserführungsbefestigungbolzen und -distanzstücke, des Faserführungsrings, der Faserführungsring-Befestigungsstangen und des Harzsteuereinsatzes sichtbar sind.
In den Zeichnungen und insbesondere in 1 ist die verbesserte Pultrusionsmaschine nach der vorliegenden Erfindung gezeigt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Pultrusionsmaschine 10 wird zur Herstellung von Endloslängen nutzbarer Strukturkörpermaterialien aus geeigneten Endlosfaserkabeln oder Rovings und wärmebehandelbarer thermoplastischer Polymere oder Harze verwendet. Es wird eine Vielzahl von Wickeln 11 geeigneter Faserkabel 12 bereitgestellt, wobei die Enden der einzelnen Faser kabel 12 von den Wickeln 11 kommend durch einen Faserkabelführungs- und – aufheizbehälter 13 in einen daran befestigten Imprägnierbehälter 14 geführt werden. Der Imprägnierbehälter 14 ist mit geschmolzenem Imprägniermaterial 15 gefüllt, das von einem Harzschmelzbehälter 16 über ein Filter 17 und eine Eintrittsöffnung 18 erhalten wird. In den Schmelzbehälter 16 tritt ungeschmolzenes Harz durch ein Zuführrohr 19 ein, was nachstehend weiter erläutert wird.
Der Imprägnierbehälter 14 ist mit einem Fasereintrittsende 20 versehen, das die hindurchgehenden Faserkabel 12 getrennt hält. An dem Fasereintrittsende 20 ist ein Fasersteuereinsatz 21 befestigt und horizontal in oder innerhalb des Fasersteuereinsatzes 21 ist ein Harzflusssteuereinsatz 22 aufgehängt. In dem Imprägnierbehälter 14 ist ein Faseraustrittsende 23 vorgesehen, dessen Aufbau nachstehend erläutert wird.
Am Austrittsende 23 des Imprägnierbehälters 14 ist eine Harzdosier- und -profilziehdüse 30 befestigt und am Austrittsende der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 ist eine kühlende Ziehform 32 befestigt, deren Aufbau ebenfalls nachstehend erläutert wird.
Die getrennt gehaltenen Faserkabel 12 werden mit geschmolzenem Harz 15 imprägniert, während sie durch den Imprägnierbehälter 14 hindurchgehen, und ein Faserkabel oder eine Vielzahl von Faserkabeln 12, die mit Harz 15 imprägniert sind, werden in einen einzelnen oder in eine Vielzahl von Durchgängen geleitet, die von der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 und der kühlenden Ziehform 32 bereitgestellt werden, was nachstehend näher erläutert wird. Die mit Harz 15 imprägnierten Faserkabel 12 werden unter die Schmelztemperatur des Harzes 15 verfestigen gelassen und abgekühlt, um einen faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörper 33 zu bilden. Der faserverstärkte Strukturkörper 33 wird durch einen Ziehmechanismus 34 durch eine Abschneidstation 36 endlos gezogen und auf gewünschte Längen 33a abgeschnitten. Der Zugmechanismus 34 hat ein Paar von im Abstand angeordneten motorbetriebenen Riemen (nicht bezeichnet) für eine Reibungskontaktierung und für ein Hindurchziehen des faserverstärkten Strukturkörpers.
Anstelle des Ziehmechanismus 34 kann der faserverstärkte thermoplastische Strukturkörper 33 durch eine Zieh- und Wickelvorrichtung, wie sie später näher erläutert wird, gezogen und auf einer Trommel aufgewickelt werden.
Wie insbesondere aus 2 und 3 zu sehen ist, ist der Faserkabelführungs- und -aufheizbehälter 13 mit einer Eintrittsstirnplatte 53 versehen, die eine Vielzahl von gesonderten hindurchgehenden Kabelkanälen oder Öffnungen 54 hat, die in einem Kreismuster für ein Hindurchziehen und Aufnehmen der gesonderten Faserkabel 12 von den Wickeln 11 angeordnet ist. Es wird ein kreisförmiges Durchziehmuster verwendet, um die Faserkabel 12 in den Imprägnierbehälter 14 durch das Eintrittsende 20 bereit für eine gleichförmige Verteilung um den Fasersteuereinsatz 21 herum einzuführen. Die Eintrittsstirnplatte 53 ist an einem Einrittsstirnhalter 55 befestigt und ist lösbar und austauschbar, um jede Anzahl von Kabeln oder Rovings und diverse Fadenfeinheiten oder Fördermengen aufzunehmen. Der Eintrittsendhalter 55 ist ebenfalls von dem Faseraufheizabschnitt 56 des Faserkabelführungs- und -aufheizbehälters 13 lösbar.
Der Faseraufheizabschnitt 56 des Faserkabelführungs- und -aufheizbehälters 13 hat eine zylindrische Form, wie in 2 und 3 gezeigt ist. Der Faserkabelführungs- und -aufheizbehälter 13 ist mit einem Befestigungsflansch 57 versehen und an dem Imprägnierbehälter 14 durch Schrauben oder Bolzen 58 befestigt, die sich durch den Flansch 57 erstrecken. Die Schrauben oder Bolzen 58 sind in das Fasereintrittsende 20 des Imprägnierbehälters 14 geschraubt. Das Fasereintrittsende des Imprägnierbehälters 14 erstreckt sich über eine kurze Enffernung (0,75 Zoll bei einer speziellen Ausführungsform) in den Faserführungs- und -aufheizbehälter 13 hinein, um dadurch Wärme durch Strahlung ins Innere des Faserführungs- und -aufheizbehälters 13 zum Vorwärmen der Faserkabel 12 zuzuführen, bevor sie in den Imprägnierbehälter 14 durch das Fasereintrittsende 20 eintreten.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Eintrittsplatte 53, der Faservorwärmabschnitt 56 und der Flansch 57 des Faserkabelführungs- und -aufheizbehälters 13 aus rosffreiem Stahl Typ 347 hergestellt und auf eine Oberflächengüte von 0,1016 μm (vier Mikrozoll) quadratischer Mittelwert (RMS) poliert. Der Eintrittsstirnhalter 55 ist aus einer Aluminiumlegierung von Typ 6061-T3 hergestellt.
Der Imprägnierbehälter 14 ist mit einem zylindrischen Innenraum versehen, der mit geschmolzenem Harz 15 gefüllt ist, welches durch die Eintrittsöffnung 18 eintritt, sowie mit dem Fasereintrittsende 29, dem Fasersteuereinsatz 21, dem Harzflußsteuereinsatz 22 und dem abnehmbaren Austrittsende 23. An der Außenseite des Austrittsendes 23 ist die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 befestigt.
Die Faserkabel 12 werden getrennt und in den Imprägnierbehälter 14 durch einzelne Durchlässe 63 (2, 3 und 7) geleitet, die in gleichem Abstand in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind, dessen Mittelachse mit der Mittelachse des Imprägnierbehälters 14 fluchtet. Das innenseitige Ende der Durchlässe 63 schneidet die halbkugelige oder konkave Innenfläche des Fasereintrittsendes 20. Wie in 2, 3 und 7 gezeigt ist, ist der Fasersteuereinsatz 21 an der Innenfläche des Fasereintrittsendes durch vier Schrauben oder Bolzen 64 und Beilagscheiben 65 festgelegt und horizontal und in Längsrichtung in der Mitte des Imprägnierbehälters 14 aufgehängt. Der Fasersteuereinsatz 21 ist mit vier Faserführungsringen versehen, die mit 42 ,43, 44 und 45 bezeichnet sind und aneinander durch acht horizontal eingesetzte Faserführungsstangen 26 festgelegt sind, die dazu verwendet werden, den einstellbaren Abstand zwischen den Fasertührungsringen 42, 43, 44, 45 aufrecht zu erhalten und um die einzelnen Faserkabel 12 durch den gesamten Imprägnierprozeß zu führen und zwischen ihnen eine Trennung mit gleichem Abstand aufrecht zu erhalten. Die Faserführungsringe 42, 43, 44 und 45 sind zylindrische Ringe mit einem rechteckigen Querschnitt, von denen jeder eine Außenseite oder einen Umfang und eine innenseitige Öffnung oder einen Durchlaß hat.
An den Faserführungsringen 42, 43, 44 und 45 sind alle scharfen Ränder entfernt und die Ränder sind mit Radien von 1,57 mm (0.062 Zoll) versehen und auf eine Oberflächengüte von 0,1016 μm (vier Mikrozoll) RMS poliert. Die Faserführungsringe 42 und 44 haben am Umfang genutete Bereiche 66 beziehungsweise 67 in ihren Außenflächen, um für das Harz Kanäle für ein Fließen unter die Faserkabel 12 zu bilden.
Die Faserkabel 12 sind so geführt, dass sie über die Außenseite oder den Umfang des Fasertührungsrings 42 gehen und zu einem Öffnen und Aufweiten gezwungen werden, was die Zugspannung auf die Faserkabel erhöht und Verdrillungen in ihnen entfernt. Während die Faserkabel 12 über die Außenseite oder den Umfang des Faserührungsrings 42 laufen, sorgt der genutete Bereich 66 in dem Umfang des Fasertührungsrings 43, dass geschmolzenes Harz 15 zur Unterseite der geöffneten und aufgeweiteten Faserkabel 12 fließt, in die Faserkabel 12 eindringt und diese imprägniert und um die Fäden in den aufgeweiteten Faserkabeln 12 herumfließt, während gleichzeitig Harz 15 von außerhalb der aufgeweiteten Faserkabel 12 eindringt und imprägniert.
Die aufgeweiteten und mit geschmolzenem Harz 15 imprägnierten Faserkabel 12 werden zwischen Führungsstäben 26 zu dem innenseitigen Umfang des Fasertührungsrings 43 geleitet und zum Schließen gezwungen. Dies erhöht die Spannung an den Faserkabeln 12, wodurch die Filamente und das absorbierte geschmolzene Harz 15 zum Verfestigen und Herausquetschen von überschüssigem Herz 15 veranlaßt und die Fäden in den Faserkabeln 12 gezwungen werden, vollständig imprägniert zu werden. Die Faserkabel 12 werden weiterhin so geleitet, dass sie über den Außenseitenumfang des Fasertührungsrings 44 laufen und ein zweites Mal wieder zu einem Öffnen und Aufweiten gezwungen werden, was die Spannung an den Faserkabeln 12 weiter erhöht und jede Restverdrillung in den Faserkabeln 12 entfernt.
Während die Faserkabel 12 über den Außenseitenumfang des Fasertührungsrings 44 laufen, sorgt der genutete Bereich 67 im Umfang des Fasertührungsrings 44 dafür, dass Harz 15 in die Unterseite der geöffneten und aufgeweiteten Faserkabel 12 fließt, die Faserkabel 12 infiltriert und imprägniert und um die Fäden in den aufgeweiteten Faserkabeln 12 herumfließt, während gleichzeitig Harz 15 von der Außenseite der aufgeweiteten Faserkabel 12 eindringt und imprägniert. Die aufgeweiteten und mit Imprägnierharz 15 gesättigten Faserkabel 12 werden zu dem Innenumfang des Faserführungsrings 45 geführt und dazu gezwungen, ein zweites Mal zu schließen, was die Spannung auf die Faserkabel 12 erhöht, wobei eine Verfestigung der Filamente und des absorbierten Harzes 15 und ein Ausquetschen von Überschussharz 15 herbeigeführt wird und die Filamente in den Faserkabeln 12 zu einem vollständigen Imprägnieren gezwungen werden, wodurch die Faserbenetzung und Imprägnierung in den Faserkabeln 12 vervollständigt wird.
Der Harzflusssteuereinsatz 22 ist ein langgestreckter runder Stab mit einem flachen Ende 68, wobei scharfe Ränder entfernt sind, und einem zweiten Ende 69, das eine Halbkugelform hat und horizontal durch die Mitte der Fasersteuerringe 42 und 44 durch fünf Halte- und Zentrierbolzen 71 aufgehängt und festgelegt ist. Diese fünf Bolzen 71 erstrecken sich durch geeignete ausgesparte Gewindelöcher in jeden der Fasersteuerringe 42 und 44 für den Eingriff in entsprechende Löcher in dem Harzflusssteuereinsatz 22 für seine Positionierung, was in 2, 6 und 7 gezeigt ist. Der Harzflußsteuereinsatz 22 steuert das Volumen und den Fluß von geschmolzenem Harz 15 im Imprägnierbehälter 14 durch Ausschließen von Raum, wo Harz 15 nicht erforderlich ist, und durch Zwingen des Harzes 15, dass es in die Bahn oder den Weg der Faserkabel 12 fließt, wenn sich die Faserkabel durch den Imprägnierbehälter 14 bewegen. Ein zwischen dem Harzflusssteuereinsatz 22 und dem Innenumfang des Fasersteuereinsatzes 21 (2, 6 und 7) aufrechterhaltener Raum 70 zwingt das Harz 15 dazu, zwischen und um die Faserkabel 12 und die Fasersteuerringe 42, 43, 44 und 45 herum zu fließen.
Das halbkugelige Ende 69 des Harzflusssteuereinsatzes 22 erstreckt sich in die konkave Innenraumseite des Fasereintrittsendes 20, wobei das Harz 15 dazu gezwungen wird, zwischen die Faserkabel 12 zu fließen, wenn die Faserkabel beginnen, sich aufzuspreizen, während sie sich zum Umfang oder zur Außenseite des Fasersteuerrings 42 bewegen.
Das flache Ende 68 des Harzflusssteuereinsatzes 22 weist kombiniert mit der flachen Außenseite des Fasersteuerrings 45 und dem Abwärtsdruck, der auf den Imprägnierbehälter 14 durch das Gewicht des Harzes 15 in der Harzeintrittsöffnung 18 und dem Harzschmelzbehälter 16 ausgeübt wird, den Rückstrom des Harzes 15 am Austrittsende 23 ab, der durch Harz 15 verursacht wird, das aus den Faserkabeln 12 herausgedrückt oder herausgequetscht wird, während sie durch den Harzdosierabschnitt der Harzdosier- und – profilziehdüse 30 hindurchgehen. Dies ergibt Faserkabel 12, die die Menge an Harz 15 zurückhalten, für deren Akzeptanz die kombinierte Harzdosier- und -profilziehdüse 30 ausgelegt ist, was nachstehend näher erläutert wird.
Der Imprägnierbehälter 14 wird von einer Vielzahl von elektrischen Heizstäben 48 erhitzt, die in Kanäle 48a eingeführt sind, die spanabhebend horizontal in der Außenwand der Seiten und des Bodens des Imprägnierbehälters 145 gearbeitet sind, was in 2, 3 und 6 gezeigt ist.
Der Imprägnierbehälter 14, das Faser- und Harzaustrittsende 23 und das Fasereintrittsende 20 sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl Typ 347 hergestellt und ihre Innenflächen einschließlich der Innenflächen der Fasereintrittsdurchlässe, sind auf eine Oberflächengüte von 0,1016 μm (vier Mikrozoll) RMS poliert. Der Fasersteuereinsatz 21 und der Harzsteuereinsatz 22 sind vorzugsweise aus ausscheidungsgehärtetem (PH) rosfereiem Stahl vom Typ 17-4 hergestellt, der auf Rockwell C-45 wärmebehandelt und auf eine Oberflächengüte von 0,1016 μm (vier Mikrozoll) RMS poliert ist.
Das Zufuhrrohr 19 und der Harzschmelzbehälter 16 werden weiter insbesondere unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Das Zuführrohr 19 und der Harzschmelzbehälter 16 sind zylindrische Rohre, die an der Oberseite des Imprägnierbehälters 14 festgelegt und an einer Verbindung 60 voneinander lösbar angeordnet sind. Der Harzschmelzbehälter 16 ist von dem Imprägnierbehälter 14 an einer Verbindung 62 lösbar angebracht. Der Harzschmelzbehälter 16 wird durch ein Heizband 61 erhitzt. Zu dem Zuführrohr 19 wird ein ungeschmolzenes thermoplastisches Polymer oder Harz 15 als Feststoff oder eine Kombination von zwei oder mehr gemischten Harzen (Mischung) in physikalischen Formen, wie Tabletten, Pulver, Schnitzel, Klumpen oder Bruchstücken überführt. Das Feststoffharz fließt unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Harzschmelzbehälter 16 und wird etwas über die Schmelztemperatur erhitzt, während es durch den Harzschmelzbehälter 16 hindurchgeht.
Das Gewicht des geschmolzenen Harzes 15 läßt es durch ein Filter 17 in den Imprägnierbehälter 14 fließen. Das Harzzuführrohr 19 und der Harzschmelzbehälter 16 können irgendeine angemessene Höhe und irgendeinen geeigneten Durchmesser haben und es kann eine kontinuierliche Harznachfüllvorrichtung an dem Harzzuführrohr 19, falls erforderlich oder erwünscht, befestigt werden. An dem Austrittsende oder Boden 18 des Harzschmelzbehälters 16 ist das Filter 17 befestigt, welches nicht geschmolzene Stücke ausfiltert oder entfernt und nur geschmolzenes Harz 15 hindurchgehen und in den Imprägnierbehälter 14 fließen lässt.
Das Filtersieb 17 ist aus rosfereiem Stahl Typ 347 hergestellt und mit Löchern mit einem Durchmesser von 2,36 mm (0,093 Zoll) perforiert und auf eine Oberflächengüte von 0,1016 μm (vier Mikrozoll) RMS poliert. Das Zuführrohr 19 und der Harzschmelzbehälter 16 sind aus rostfreiem Stahl Typ 347 hergestellt und ihre Innenflächen sind auf eine Oberflächengüte von 0,1016 μm (vier Mikrozoll) RMS poliert, wodurch im wesentlichen die Reibung zwischen den Metallflächen und dem geschmolzenen Harz 15 beseitigt ist, wenn das Harz durch den Harzschmelzbehälter 16 und den Filter 17 in die Eintrittsöffnung 18 im Imprägnierbehälter 14 fließt.
Wie vorstehend erörtert ist die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 mit einer oder mehreren Durchgangskanälen 72 versehen, die Querschnitte 73, 74, 75 und 76 mit unterschiedlicher Größe haben und in einer reduzierenden Größenbeziehung an strategischen Stellen angeordnet sind, um Überschussharz wegzudosieren und um die Faserkabel 12 und das imprägnierte Harz 15 zu verfestigen. Die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 ist mit einem Eintrittsende 77, einem Austrittsende 78, einem Befestigungsflansch 79, Befestigungsbolzen 80 und einem Wärmeabschirmflansch 82 mit Gewindebolzenlöchern 83 versehen, die Bolzen 84 für die Befestigung der kühlenden Ziehform 32 über einen Flansch 82a der kühlenden Ziehform aufnehmen. In geeigneten Löchern (nicht gezeichnet), die spanabhebend in der kombinierten Harzdosier- und -profilziehdüse 30 ausgearbeitet sind, ist eine Vielzahl von Heizstäben 81 angeordnet und in einem einzigen Loch, das in der Seite durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt ist, ist eine Thermoelementsonde 81a für die Wärmesteuerung angeordnet.
Die kühlende Ziehdüse 32 ist mit einem Durchgangskanal 85, der einen konstanten Querschnitt hat, der in Größe und Form mit dem Durchlass 76 in der Harzdosier- und – profil-ziehdüse 30 identisch ist, mit einem Eintrittsende angrenzend an und in fluchtender Ausrichtung zu dem Auslassende 78 der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 angeordnet ist, und mit einem Auslassende 86 versehen. Die Durchlässe 87 in der kühlenden Ziehform 32 sind für eine Kühlwasserumwälzung zum Kühlen des Harzes in dem pultrudierten thermoplastischen Strukturkörper 33 vorgesehen, wobei eine Thermoelementsonde 88 für die Temperatursteuerung in einem geeigneten durch spanabhebende Bearbeitung ausgebildeten Loch vorgesehen ist. Die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 ist an dem Imprägnierbehälter 14 durch Bolzen 80 festgelegt, die in das Austrittsende 23 des Imprägnierbehälters 14 durch den Flansch 79 geschraubt sind. Die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 in der speziellen in 3 gezeigten Ausgestaltung dient zur Herstellung von imprägnierten Massivstab-Verstärkungsstrukturkörpern, ist abnehmbar und austauschbar durch andere Harzdosier- und -profilziehdüsen, die für die Erzeugung anderer Größen und Formen ausgelegt sind, beispielsweise Quadrat, Rechteck, Winkel, Kanal, Rohr, Schlauch, I-Träger und dergleichen.
Wenn eine spezifische Ausgestaltung arbeitet, werden Faserkabel 12, entweder eines oder mehrere, die mit Harz 15 imprägniert sind, in das Eintrittsende 77 der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 gezogen. Beim Durchgang durch den Querschnitt 73 des Durchlas ses 72 wird ein Volumen des Harzes 15 bis auf das 1,7-fache des Volumens des Harzes 15 wegdosiert oder entfernt, das in dem pultrudierten, faserverstärkten Strukturaufbau 33 erforderlich ist, und das Harz 15 und die Faserkabel 12 werden kompaktiert. Beim Durchgang durch die Querschnittsfläche 74 wird weiteres Harz 15 wegdosiert, so dass das 1,5-fache des Volumens des Harzes 15 verbleibt, das in dem pultrudierten faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörper 33 erforderlich ist, und weiter kompaktiert. Beim Durchgang durch die Querschnittfläche 75 wird weiteres Harz 15 bis zum 1,4-fachen des Harzvolumens wegdosiert, das in dem pultrudierten faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörper 33 erforderlich ist, und weiter kompaktiert. Beim Durchgang durch den Profil- und Formungsabschnitt 76 wird Harz 15 bis auf das Endvolumen des Harzes wegdosiert, das in dem Strukturkörper 33 erforderlich ist. Die Faserkabel 12 und das Harz 15 werden verfestigt und bilden einen pultrudierten faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörper 33, der dann unter die Schmelztemperatur des Grundmassenharzes 15 abgekühlt wird, während er durch den Durchlass 85 der kühlenden Ziehform 32 hindurchgeht.
Der Faservolumenprozentsatz und der Harzvolumenprozentsatz, die in dem pultrudierten thermoplastischen Strukturkörper 33 erforderlich sind, werden vorher ausgewählt oder vorher festgelegt und die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 und die kühlende Ziehform 32 sind so gebaut, dass die vorher festgelegten oder ausgewählten Volumenverhältnisse erreicht werden.
Der faserverstärkte thermoplastische Strukturkörper 33 wird durch einen Riemen aufweisenden Zugmechanismus 34 (1) durch die Abschneidestation 36 oder durch eine Zieh- und Wickelvorrichtung gezogen, was nachstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung von 5 erläutert wird.
Insbesondere in 4 sind Einzelheiten eines erfindungsgemäßen Systems zum Erzielen eines pultrudierten faserverstärkten thermoplastischen Rohres oder Schlauchs veranschaulicht, das/der ein entweder rundes, quadratisches oder rechteckiges Profil mit offener Mitte hat. Zum Pultrudieren von runden Rohren oder Schläuchen wird eine langgestreckte Nadel oder wird ein langgestreckter Dorn 89 an dem Flusssteuereinsatz 22 sich davon aus erstreckend festgelegt. Die Nadel 89 wird aus einem Rundstab oder Rundstangenmaterial mit einem Außendurchmesser oder einer Abmessung hergestellt, der/die dem Innenseitendurchmesser des zu pultrudierenden faserverstärkten, plastischen Schlauchs 90 gleich ist. Die Nadel 89 ist horizontal durch die Mitte der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 und der kühlenden Ziehform 32 verlängert. Die Nadel 89 ist am ebenen Ende 68 des Harzflusssteuereinsatzes 22 befestigt und erstreckt sich durch den Durchlaß 72 der Harzdosierund -profilziehdüse 30 und den Durchlaß 85 der kühlenden Ziehform 32. Zwischen der Na del 89 und der Innenwand des profilbildenden Abschnitts 76 der Harzdosier- und – profilziehdüse 30 ist ein Raum 91 aufrechterhalten.
In Betrieb sind mehrere Kabel 12 um den Dorn 89 verteilt und werden durch den Imprägnierbehälter 14 für das Imprägnieren mit Harz 15 gezogen, wie vorher beschrieben. Überschüssiges Imprägnierharz 15 wird aus den Faserkabeln 12 dosiert entfernt, wenn die mit Harz imprägnierten Kabel durch die Querschnittsflächen 73, 74, 75 und 76 hindurchgehen und nur das Volumen des Harzes 15 zurückbleibt, das erforderlich ist, um das abschließende Verhältnis von Volumen des Faserkabels 12 zu Volumen des Harzes in dem faserverstärkten thermoplastischen Schlauch 90 zu erreichen. Der faserverstärkte thermoplastische Schlauch 90 wird durch den Ziehmechanismus 34 (1) zur Abschneidestation 36 gezogen und auf die gewünschten Längen 36a geschnitten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Harzdosier- und -profilziehdüse 30 und der Dorn 89 aus rostfreiem Stahl 17–4 PH gefertigt und auf eine Rockwell C-45-Härte wärmebehandelt, während die kühlende Ziehform 32 aus der Aluminiumlegierung 6061-T6 hergestellt wird. Die durchgehenden Durchlässe 72 und 85 der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 beziehungsweise der kühlenden Ziehform 32 und die Eintrittsenden und Austrittsenden der Harzdosier- und -profilziehdüse 30 und der kühlenden Ziehform 32 werden auf eine Oberflächengüte von 0,1061 μm (vier Mikrozoll) RMS poliert.
Bei der zusätzlichen Modifizierung der vorliegenden Erfindung, wie sie insbesondere in 5 gezeigt ist, wird eine Zieh- und Aufwickeltrommel verwendet, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 93 versehen ist, und die Zugkraft ausübt, die bei dem Pultrusionssystem 10 erforderlich ist, und als Speichervorrichtung für getrennte endlose faserverstärkte Strukturkörper dient, die erfindungsgemäß hergestellt werden. Die hier beschriebene spezielle Ausführungsform bezieht sich auf gleichzeitiges Pultrudieren und Aufwickeln von mehreren tausend Fuß (1 Fuß = 0,3048 m) von endlosen faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörpern 133, wobei eine kombinierte eine Harzdosier- und -profilziehdüse 30a und eine kühlende Ziehform 32a verwendet werden, die mit fünf getrennten Durchgangsdurchlässen zum gleichzeitigen Pultrudieren von fünf getrennten endlosen faserverstärkten Strukturkörpern 133 und zum Aufwickeln der fünf Strukturkörper 133 in gesonderten Kammern auf Spulenkörpern 95 der Zieh- und Aufwickeltrommel 93 versehen sind.
Bei dieser speziellen Ausgestaltung waren die Faserstrukturkörper 133 runde Stäbe, von denen jeder einen Durchmesser von 2,87 mm (0,113 Zoll) hat. Die Faserverstärkung (Faserkabel 12) war ein Glasfaserroving mit 103,33 m pro 453,59 g (113 Yards per Pound) Förderung, elektrischer Grad (E-Glas). Es wurden zwei gesonderte Chargen von Harz 15 verwendet, wobei die eine Charge aus Polyethylenterephthalat (PET) bestand, das aus Zwei- und Dreiliterflaschen für nichtalkoholische Getränke wiedergewonnen wurde. Die Flaschen waren gemischt, einige durchsichtig, einige in der Farbe grün und wurden ursprünglich als Flaschen für Coca Cola^TM, Pepsi Cola^TM, 7-Up^TM, Sprite^TM, Mountain Dew^TM, Root Beer usw. verwendet. Die recyclisierten Flaschen wurden zu Spänen, Klumpen und Stücken zur Beschickung des Zuführrohrs 19 (1) geschnitten. Eine zweite Charge aus Harz 15 bestand aus ursprünglichen oder unbenutzten PET mit Flaschengüte und wurde in Tabletten durch einen kommerziellen Lieferanten geliefert. Sowohl die recyclisierten PET-Flaschen als auch das unbenutzte PET erwies sich als exzellent und ergaben faserverstärkte Stäbe mit struktureller Qualität.
In Betrieb werden die Enden der zehn Rovings (Faserkabel 12, 1) durch den Faserkabelführungs- und -aufheizbehälter 13 und einen leeren Imprägnierbehälter 14 hindurchgeführt. Die Harzdosier- und -profilziehdüse 30a kombiniert mit der kühlenden Ziehform 32a, die an der Harzdosier- und -profilziehdüse 30a befestigt ist, wird an dem Austrittsende 23 des Imprägnierbehälters 14 angebracht. Die kombinierte Harzdosier- und -profilziehdüse 30a und die kühlende Ziehform 32a sind mit einer Vielzahl von fünf getrennten Durchgangsdurchlässen versehen, die mit den Bezugszeichen 126, 127, 128, 129 und 130 bezeichnet sind. Zwei Rovingenden (Faserkabel 12) werden durch jeden der fünf Durchlässe 126, 127, 128, 129 und 130 geführt, die auf vorher berechnete Abmessungen spanabhebend bearbeitet wurden, um ein Faservolumen von 50% und ein Harzvolumen von 45% in den Strukturkörpern 133 zu erreichen, was nachstehend weiter erläutert wird. Die aus den Durchlässen 126, 127, 128, 129 und 130 jeweils austretenden Enden der Rovings werden durch Führungen 131 und 132 hindurchgeführt und an dem Zieh- und Aufwickeltrommelmechanismus 93 jeweils in Kammern 134, 135, 136, 137 und 138 befestigt, was nachstehend näher erläutert wird.
Zu Beginn des Arbeitsvorgangs werden die Heizungen 48 für den Imprägnierbehälter, die in Hohlräume 48a im Behälter 14 eingesetzt sind, die Heizungen 81 für die kombinierte Harzdosier- und -prohlziehdüse, die Heizeinrichtung 61 für den Harzschmelzbehälter und die Kühlwasserumwälzung in der kühlenden Ziehform 32a alle aktiviert. Es wird ungeschmolzenes thermoplastisches Harz 15 zum Zuführrohr 19 überführt und, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist, fließt das geschmolzene thermoplastische Harz 15 im Schmelzbehälter 16 in den Imprägnierbehälter 14 und wird kontinuierlich durch das Zuführrohr 19 nachgefüllt. Damit das Ziehen und Aufwickeln beginnt, wird der Zieh- und Aufwickeltrommelmechanismus 93 aktiviert. Die nicht imprägnierten Faserkabel 12, die vom Austrittsende der kühlenden Ziehform 32a ausgehen, dienen als Führungen am Beginn des Betriebs, um die Faserkabel 12 von den Wickeln 11 durch den Faserkabelführungs- und – aufheizbehälter 13 und durch den Imprägnierbehälter 14 (der mit geschmolzenem Harz 15 gefüllt ist) zu ziehen, wobei die Faserkabel 12 mit geschmolzenem Harz 15 imprägniert werden. Beim Durchgang durch die Harzdosier- und Profilziehdüse 23a wird Überschussharz 15 aus den Kabeln 12 in vier Schritten herausgedrückt oder herausgequetscht, so dass nur ein vorkalkuliertes Volumen des Harzes 15 durch die Durchlasskanäle 126, 127, 128, 129 und 130 mit den Faserkabeln 12 hindurchgehen kann. Dies wird dadurch erreicht, dass aufeinanderfolgend reduzierte Größen der Querschnittsflächen 73, 74, 75 und 76 in jedem der einzelnen Kanäle gebildet werden, wie vorher unter Bezug auf 1 bis 4 beschrieben wurde. Dadurch ist das Verhältnis des Harzvolumens zu Faservolumen, das durch den Harzdosierbereich 73 hindurchgehen gelassen wird, achtundsiebzig Volumenprozent Harz 15 und zweiundzwanzig Volumenprozent Faserkabel 12. Das Verhältnis von Harz zu Faser, das durch die Harzdosierung 74 hindurchgehen gelassen wird, ist siebenundsiebzig Volumenprozent Harz 15 zu dreißig Volumenprozent Faserkabel 12, und beim Durchgang durch die Harzdosierfläche 75 wird das Harz-zu-Faser-Verhältnis auf vierundsechzig Volumenprozent Harz zu sechsunddreißig Volumenprozent Faserkabel 12 reduziert. Beim Gelangen in den Bereich 76 und bei dessen Durchgang ist das abschließende Überschussharz 15 aus den Faserkabeln 12 herausdosiert, so dass sich ein Harz-zu-Faser-Verhältnis von fünfundvierzig Volumenprozent Harz zu fünfundfünfzig Volumenprozent Faserkabel 12 ergibt, was den Verhältnissen entspricht, für deren Erreichen die Harzdosierund -profilziehdüse 30a ausgelegt ist. Beim Durchgang durch die Fläche 76 der Durchlasskanäle 126, 127, 128, 129 und 130 verfestigen sich die Faserkabel 12 und das Harz 15 und bilden faserverstärkte thermoplastische Strukturkörper 133. Beim Durchgang durch die kühlende Ziehform 32a wird die Temperatur der Strukturkörper 133 unter den Schmelzpunkt des Harzes 15 abgesenkt, wodurch das Harz zum Verfestigen gebracht wird.
Die aus der kühlenden Ziehform 32a austretenden Strukturkörper 133 werden durch gesonderte stationäre Führungen 131 gezogen. Die stationären Führungen 131 sind an dem Rahmen des Zieh- und Aufwickeltrommelmechanismus 93 festgelegt und sorgen für eine Ausrichtung und Nivellierung der Strukturkörper 133 zu der Harzdosier- und -profilziehdüse 30a und für einen Übergang durch Wicklungsführungen 132, die an einem Wickelarm 152 angebracht sind. Der Wickelarm 152 ist an der Zieh- und Aufwickeltrommel 93 festgelegt, was nachstehend näher erläutert wird.
Die Strukturkörper 133 werden durch die Aufwickelführungen 132 gezogen und in gesonderten Kammern 134, 135, 136, 137 beziehungsweise 138 auf einen Trommelkörper 95 aufgewickelt, der an der Zieh- und Aufwickeltrommel 93 befestigt ist.
Die Zieh- und Aufwickeltrommel 93 ist eine mechanisierte Vorrichtung oder Maschi ne, die dafür ausgelegt ist, Stäbe mit geringem Durchmesser oder dünne flache rechteckige Stangen auf einen Trommelkörper zu ziehen und darauf aufzuwickeln, wobei die Trommel 93 mit einer Wicklungsführung 132, einem lösbaren Wickeltrommelkörper 95 mit Kammern 134, 135, 136, 137 und 138, einer Antriebswelle 139, einer Antriebskupplung 140, Kettenrädern 141, 142, 145 und 147, Antriebsketten 144 und 146, einem Antriebsmotor 143, einem Untersetzungsgetriebe 148, einem Antriebsarm 149, einem Treibgestänge 151, Verbindungszapfen 97 und 98, einem Windungsarm 152, Windungsarmlagern 99, Antriebswellenlagern 96 und einem Rahmen 100 versehen ist.
In Betrieb führt der Antriebsmotor 143 Leistung für den Antrieb des Kettenrads 142 zu. Das angetriebene Kettenrad 142 treibt das Kettenrad 141 über die Antriebskette 144, die Kupplung 140 an, die an der Antriebswelle 139 befestigt ist, die durch Lager 96 am Rahmen 100 gelagert ist. Der Eingriff mit dem Kettenrad 141 führt dazu, dass sich die Antriebswelle 139 dreht. Der Trommelkörper 95 ist an der Antriebswelle 139 befestigt und dreht sich, wenn die Kupplung 140 mit dem Kettenrad 141 in Eingriff steht und sich das Kettenrad 141 dreht. Der Trommelkörper 95 ist mit getrennten Kammern 134, 135, 136, 137 und 138 versehen, in denen die Strukturkörper 133 aufgewickelt werden. Das Kettenrad 145 ist an der Antriebswelle 139 befestigt und wird zum Drehen gebracht, wenn die Kupplung 140 in Eingriff steht und sich die Antriebswelle 139 und der Trommelkörper 95 drehen. Das Kettenrad 145 treibt das Kettenrad 147 über die Antriebskette 146.
Das Kettenrad 147 ist mit einem Winkeluntersetzungsgetriebe 148 verbunden, das an dem Rahmen 100 angebracht ist und bei Drehung die Antriebswelle 150 des Untersetzungsgetriebes 148 dreht. Ein Ende des Antriebsarms 149 ist für den Antrieb der Welle 150 festgelegt. Ein zweites Ende des Antriebsarms 149 ist an einem Ende eines Antriebsgestänges 151 durch einen Stift 97 festgelegt. Ein zweites Ende des Antriebsgestänges 151 ist an einem Wickelarm 152 durch einen Stift 98 befestigt. Der Wickelarm 152 ist an dem Rahmen 100 durch Linearlager 99 gelagert. Wenn sich die Antriebswelle 150 dreht, wird der Treibarm 149 in Drehung versetzt und bewegt den Wicklungsarm 152 horizontal entweder nach links oder nach rechts, was von der Position des Treibarms 149 abhängt.
Das Untersetzungsgetriebe 148 ist so ausgelegt, dass es den Antriebsarm 149 in Gegenuhrzeigersinn dreht und dass, wenn er sich durch die 9:00-Uhr-Position bewegt, sich die Wickelarmposition 152 an der maximal linken Stelle gesehen von der kühlenden Ziehform 32a aus befindet. Wenn sich der Treibarm 149 an der 9:00-Uhr-Position vorbeibewegt (zur 6:00-Uhr-Position hin), kehrt der Wickelarm 152 die Richtung um und beginnt sich nach rechts zu bewegen. Beim Durchgang durch die 3:00-Uhr-Stellung kehrt der Wickelarm 152 die Richtung wieder um und beginnt sich nach links zu bewegen. Dadurch werden die Strukturkörper 133 in Schichten aufgewickelt, wenn sich der Wickelarm 152 nach links und rechts bewegt und die Richtung jedes Mal umkehrt, wenn der Treibarm 190 sich um 180 Grad dreht. Das Untersetzungsgetriebe 148 führt dazu, dass der Treibarm 149 über das Antriebsgestänge 151 den Wickelarm 152 bei jeder Umdrehung des Trommelkörpers 95 über eine Distanz bewegt, die dem Durchmesser oder der Breite der Strukturkörper 33 gleich ist. Die Strukturkörper 133, die von den Wickelführungen 132 zwangsweise geführt werden, werden allmählich über eine Distanz bewegt, die in jeweiligen Durchmessern oder Breiten mit jeder Umdrehung des Trommelkörpers 95 gleich ist, wenn die Trommel die Strukturkörper 133 in den gesonderten einzelnen Kammern 134, 135, 136, 137 und 138 aufwickelt.

Claims

Pultrusionssystem (10) zum Herstellen von verstärkten Strukturkörpern (33) mit fortlaufender Länge, welches – für die Aufnahme einer Menge von Imprägnierharz (15) einen Harzimprägnierbehälter (14) mit einem Fasereintrittsende und einem Faseraustrittsende, – Einrichtungen, die für eine ununterbrochene Zuführung von Imprägnierharz (15) zu dem Harzimprägnierbehälter (14) sorgen, – eine Vielzahl von Wickeln (11) aus Faserkabel (12), die angrenzend an den Imprägnierbehälter (14) angeordnet sind, – eine Harzflusssteuervorrichtung (22), die zum Leiten des Harzflusses zu den Faserkabeln (12) und zu dem Austrittsende des Imprägnierbehälters (14) dient, – eine Profilziehdüse (30, 30a), die an dem Austrittsende des Imprägnierbehälters (14) für die Aufnahme der imprägnierten Faserkabel befestigt ist und das Endprofil des kontinuierlich gezogenen Strukturkörpers (33) formt, und – einen Ziehmechanismus (93) zum Ziehen der imprägnierten Faserkabel aufweist, gekennzeichnet – durch einen Faserführungs- und Aufheizbehälter (13), der zwischen der Vielzahl von Wickeln (11) aus Faserkabel (12) und dem Imprägnierbehälter (14) angeordnet ist, – durch eine Stirnplatte in dem Faserführungs- und Aufheizbehälter (13), die mit einer Reihe von durchgehenden Öffnungen versehen ist, welche in einem Kreismuster angeordnet sind, – wobei der Faserführungs- und Aufheizbehälter (13) an dem Imprägnierbehälter (14) befestigt ist und dazu dient, einzelne Faserkabel (12), die von der Vielzahl von Wickeln (11) kommen, durch die Stirnplatte zu führen und getrennt zu halten, und die Kabel in den Imprägnierbehälter (14) zu führen, – durch Einrichtungen (56), die Strahlungswärme für den Fasertührungs- und Aufheizbehälter (13) bereitstellen, um die Faserkabel (12) vorzuheizen, die durch ihn hindurch zum Imprägnierbehälter (14) laufen – durch Einrichtungen in dem Fasereintrittsende des Imprägnierbehälters (14), die dazu dienen, die einzelnen Faserkabel (12) getrennt und in einem kreisförmigen in den Imprägnierbehälter (14) führenden Muster zu halten, – durch einen Fasersteuereinsatz (21), der in dem Imprägnierbehälter (14) angeordnet ist und eine Reihe von im Abstand angeordneten zylindrischen Ringen aufweist, – durch Einrichtungen, die den Fasersteuereinsatz (21) horizontal in dem Imprägnierbehälter (14) aufhängen, – durch ein Harzdosiergerät, das mit der Profilziehdüse (30, 30a) kombiniert ist, um die Menge des Imprägnierharzes (15) zu steuern, die in den austretenden Faserkabeln enthalten sind, und – durch eine kühlende Ziehform (32, 32a), die an der kombinierten Harzdosierund -profilziehdüse (30, 30a) befestigt ist und dazu dient, die Temperatur der aus der kombinierten Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) austretenden imprägnierten Faserkabel auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Imprägnierharzes (15) abzusenken, – wobei die Harzflusssteuervorrichtung (22) horizontal über der Mitte des Fasersteuereinsatzes (21) aufgehängt ist, – wobei der Ziehmechanismus (93) die imprägnierten Faserkabel aus der kühlenden Ziehform (32, 32a) zieht und - wobei das Harz (15) ein thermoplastisches Harz ist.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen für eine kontinuierliche Versorgung mit Imprägnierharz – ein Harzzuführrohr (19), welches ein erstes Ende für die Aufnahme von angelieferten Feststoff-Harzmaterial, ein zweites Ende, das in einer Fluidverbindung mit dem Harzimprägnierbehälter (14) steht und einen Zwischenabschnitt hat, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende angeordnet ist, und – Heizeinrichtungen aufweist, die angrenzend an den Zwischenabschnitt angeordnet sind, um das Feststoff-Harzmaterial zu schmelzen, bevor es von dem Harzimprägnierbehälter (14) aufgenommen wird.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Filtersieb (17) aufweist, das in dem Harzzuführrohr (19) zwischen dem Zwischenabschnitt und dem zweiten Ende des Harzzuführrohrs (19) angeordnet ist, das in Fluidverbindung mit dem Harzimprägnierbehälter (14) steht, so dass die Heizeinrichtung das Feststoffharz in eine geschmolzene Harzmasse (15) umwandelt und das Filtersieb (17) dazu dient, zu verhindern, dass Feststoffharz in den Harzimprägnierbehälter (14) eintritt.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ein Heizband (61) aufweist, das den Zwischenabschnitt des Harzzuführrohrs (19) umgibt.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Harzimprägnierbehälter (14) mit einem Einlassstirnplattenaufbau versehen ist, der eine erste Seite, die sich in dem Faserführungs- und Aufheizbehälter (13) erstreckt, und eine zweite Seite mit einer konkaven Öffnung hat, wobei Wärme aus der geschmolzenen Harzmasse (15), die von dem Imprägnierbehälter (14) aufgenommen wird, in Kombination mit Wärme, die dem Harzimprägnierbehälter (14) zugeführt wird, dazu dient, Strahlungswärme für den Faserführungs- und Aufheizbehälter (13) durch den Stirnplattenaufbau bereitzustellen.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe miteinander verbunden sind und dass die den Fasersteuereinsatz (21) horizontal in dem Imprägnierbehälter (14) aufhängenden Einrichtungen eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Bolzen (64) aufweisen, die sich durch den Eintrittsstirnplattenaufbau erstrecken und von wenigstens einem der Reihe von im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe aufgenommen sind.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Bolzen aufweist, die wenigstens einen der Reihe von im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe mit der Harzflusssteuervorrichtung (22) verbinden, um die Harzflusssteuervorrichtung (22) über der Mitte des Fasersteuereinsatzes (21) horizontal aufgehängt zu halten.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von im Abstand angeordneten Bolzen, die wenigstens einen der Reihe von im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe mit der Harzflusssteuervorrichtung (22) verbinden aus fünf gleich beabstandeten Bolzen besteht, die sich quer durch wenigstens einen der Reihe von im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe erstrecken und in Gewindeeingriff in der Außenfläche der Harzflusssteuervorrichtung (22) aufgenommen sind.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Harzimprägnierbehälter (14) mit einem Eintrittsstirnplattenaufbau versehen ist, der eine konkave Öffnung aufweist, und dass die Harzflusssteuervorrichtung (22) mit einem ersten Ende versehen ist, dass ein halbkugeliges Stirnflächenprofil hat, dass angrenzend an die konkave Öffnung in dem Eintrittsstirnplattenaufbau angeordnet ist.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzflusssteuervorrichtung (22) mit einem zweiten ebenen Ende versehen ist, das dem Austrittsende des Imprägnierbehälters (14) zugewandt und im Abstand davon angeordnet ist.
Pultrusionssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination aus Harzmessgerät und Profilziehdüse (30, 30a), die an dem Austrittsende des Imprägnierbehälters (14) für die Durchgangsaufnahme der imprägnierten Faserkabel befestigt ist, einen abgestuften Durchlass (73, 74, 75, 76), der sich in der Querschnittsfläche von einem erweiterten Eintrittsdurchgang (73) zu dem reduzierten Querschnittsbereich (76), den man für den Endstrukturkörper haben möchte, verringert, und der dazu dient, die für den Durchgang aufgenommenen imprägnierten Fasern zu kompaktieren und das Herausquetschen von überschüssigem Harz zu bewirken, sowie Einrichtungen zum Erhitzen der imprägnierten Fasern aufweist, wenn sie sich in der kombinierten Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) befinden.
Pultrusionssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine kühlende Ziehdüse (32, 32a), die an der Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) befestigt ist, einen Durchlasskanal, der sich durch die kühlende Ziehdüse (32, 32a) erstreckt und zu dem Durchlass in der Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) für die Durchgangsaufnahme der mit erhitztem Harz imprägnierten Fasern ausgerichtet ist, Einrichtungen in der kühlenden Ziehdüse (32, 32a), um ein Kühlen der aufgenommenen mit Harz imprägnierten Fasern auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Harzes zu bewirken, damit sich das Harz in den imprägnierten Fasern verfestigt, und einen Ziehmechanismus aufweist, um die mit Harz imprägnierten Fasern durch den Imprägnierbehälter (14), die kombinierte Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) und die kühlende Ziehdüse (32, 32a) zu ziehen.
Pultrusionssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehmechanismus ein Paar von im Abstand angeordneten, motorgetriebenen Bändern aufweist, die die harzimprägnierten Fasern zwischen sich aufnehmen und zu einem Reibungskontakt und zu einem Durchziehen der mit Harz imprägnierten Fasern zu einer Abschneidestation zum Schneiden der imprägnierten Fasern auf gewünschte Längen (33a) dienen.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehmechanismus eine motorgetriebene Wickelanordnung zum Aufwickeln und Lagern großer Längenstücke der imprägnierten Fasern aufweist.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzflusssteuervorrichtung, die horizontal über der Mitte des Fasersteuereinsatzes (21) aufgehängt ist, mit einem ersten halbkugeligen Stirnflächenprofil, das angrenzend an das Fasereintrittsende des Harzimprägnierbehälters (14) angeordnet ist, und mit einer zweiten ebenen Stirnfläche versehen ist, die dem Faseraustrittsende (22) des Imprägnierbehälters (14) zugewandt ist, wobei ein langgestreckter zylindrischer Nadeldorn (89) an der zweiten ebenen Stirnfläche des Fasersteuereinsatzes (21) befestigt ist und sich durch das Austrittsende (23) des Imprägnierbehälters (14) und durch einen Faserdurchgang erstreckt, der durch die kombinierte Harzdosier- und – profilziehdüse (30, 30a) und durch die kühlende Ziehdüse (32, 32a) hindurch vorgesehen ist, wobei der Nadeldorn (89) einen Außendurchmesser hat, der im Abstand von der Innenseite des Durchgangs in der kombinierten Harzdosier- und – profilziehdüse (30, 30a) und der kühlenden Ziehdüse (32, 32a) gehalten wird, wodurch die am Austrittsende (23) des Imprägnierbehälters (14) austretende, mit Harz imprägnierte Faser zu der Außenumgebung des Nadeldorns (89) geleitet und dadurch durch den Zwischenraum zwischen dem Nadeldorn (89) und dem Durchlass in der Kombination aus Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) und der kühlenden Ziehdüse (32, 32a) geführt wird, damit ein rohrförmig gestaltetes imprägniertes Faserprodukt aus der kühlenden Ziehdüse (32, 32a) austritt.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) und der daran befestigten kühlenden Ziehdüse (32, 32a) jeweils mit einer Vielzahl paralleler Durchgangskanäle für die Aufnahme der Vielzahl imprägnierter Faserkabel aus dem Harzimprägnierbehälter (14) versehen sind, wobei jede der Vielzahl von parallelen Durchgangskanälen (126, 127, 128, 129, 130) in der kombinierten Harzmessgerät- und Profilziehdüse (30, 30a) mit einem abgestuften reduzierenden Durchmesserabschnitt (73, 74, 75, 76) versehen ist, um die Endmenge an Harz aus den durchgehenden imprägnierten Fasern herauszuquetschen und zu messen, wobei der Ziehmechanismus zum Ziehen der imprägnierten Faserkabel aus der kühlenden Ziehdüse eine motorgetriebene Wickelanordnung (93) aufweist, und wobei ein Paar von langgestreckten im Abstand angeordneten Führungen zwischen der kühlenden Ziehdüse (32, 32a) und der motorgetriebenen Wickelanordnung (93) angeordnet ist und dazu dient, die Vielzahl von imprägnierten Faserkabeln getrennt voneinander zu halten, während sie von der Wickelanordnung (93) gezogen werden.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelanordnung (93) einen drehbaren Aufwickelkörper (95), eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Trennwänden, die auf der Länge des Aufwickelkörpers (95) angeordnet sind und dazu dienen, den Aufwickelkörper (95) in eine Vielzahl von gesonderten Kammern (134, 135, 136, 137, 138) zu unterteilen deren Anzahl gleich der der Vielzahl von Durchgangskanälen (126, 127, 128, 129, 130) in der Kombination aus Harzmessgerät und Profilziehdüse (30, 30a) und kühlende Ziehdüse (32, 32a) ist und dazu dient, dass jeder einen faserverstärkten thermoplastischen Strukturkörper (133) aufnimmt.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element eines Paares von langgestreckten beabstandeten Führungen festgelegt ist, und dass Einrichtungen für eine Hin- und Herbewegung des anderen Elements des Paars von langgestreckt beabstandeten Führungen vorgesehen sind, während der Drehung des Aufwickelkörpers (95) zu steuern, um dadurch die imprägnierten Faserkabel beim Aufwickeln auf den Aufwickelkörper (95) in einzelne Schichten in der jeweiligen Vielzahl von getrennten Kammern (134, 135, 136, 137, 138) auf ihm zu steuern und zu führen.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von beabstandeten zylindrischen Ringen des Fasersteuereinsatzes (21) die Faserkabel (12) beim Ziehen durch den Eintauchbehälter über die Außenfläche wenigstens eines der im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe und in den Innenraum wenigstens eines der Reihe von beabstandeten zylindrischen Ringe leitet.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abstand angeordneten zylindrischen Ringe vier zylindrische Ringe aufweisen, von denen ein erster und ein dritter mit einer äußeren genuteten Oberfläche versehen sind, um das Harz auf der Unterseite der Faserkabel beim Durchziehen durch den Harzimprägnierbehälter (14) zu steuern und zu halten.
Pultrusionssytem (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass von den vier zylindrischen Ringen der zweite und der vierte Faserkabel (12) in ihrem Inneren beim Durchziehen durch den Harzimprägnierbehälter (14) aufnehmen.
Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen imprägnierten Fasern, bei welchem – ein Imprägnierbehälter (14) für Thermoplast mit einem Eintrittsende und einem Austrittsende bereitgestellt wird, – der Imprägnierbehälter (14) mit einer Zufuhr von thermoplastischem Harz gefüllt wird, – ein Vorrat von Faserkabeln (12) bereitgestellt wird, die in das Eintrittsende des Imprägnierbehälters (14) geführt werden, – die Faserkabel (12) imprägniert werden, indem der Vorrat von Faserkabeln (12) durch das Harz (15) in dem Imprägnierbehälter (14) gezogen wird, – eine Faserführungsvorrichtung mit einer Vielzahl von im Abstand angeordneten, miteinander verbundenen Ringen in dem Imprägnierbehälter (14) bereitgestellt wird, – die Faserkabel (12) abwechselnd über und unter die Vielzahl von im Abstand angeordneten miteinander verbundenen Ringe geführt werden, um die Faserkabel (12) abwechselnd aufzuweiten und zusammenzudrücken, um ein maximales Aussetzen gegenüber dem Imprägnierharz (14) in dem Imprägnierbehälter zu gewährleisten, – die mit Thermoplast imprägnierten Fasern durch das Austrittsende des Imprägnierbehälters (14) in eine Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) geführt werden, um Überschussharz aus den Faserkabeln (12) zu entfernen und um das Harz in den Faserkabeln (12) auf die gewünschte Querschnittsform zu kompaktieren, – die mit Harz imprägnierten Fasern erhitzt werden, während sie sich in der Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) befinden, – die imprägnierten Fasern aus der Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) in die kühlende Düse (32, 32a) geführt werden, und – die Temperatur der imprägnierten Fasern, während sie sich in der kühlenden Düse (32, 32a) befinden, auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (15) verringert wird, um dadurch das Harz zu verfestigen und die Gewinnung eines Längenstücks eines thermoplastischen, verstärkten Faserstrukturkörpers (33, 133) zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 22 mit dem Schritt, das Längenstück des thermoplastischen, verstärkten Faserstrukturkörpers (33, 133) auf gewünschte Längen (33a) zur Verwendung bei einem Aufbau zusätzlicher verstärkter Strukturkörper zu schneiden.
Verfahren nach Anspruch 23 mit dem Schritt, die Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) mit einer Reihe von wenigstens fünf Durchgangskanälen für die Aufnahme einer gleichen Anzahl von thermoplastischen imprägnierten Faserstrukturkörpern zu versehen, wobei jeder Durchlasskanal mit einer Reihe von Durchmesser reduzierenden Abschnitten (73, 74, 75, 76) versehen ist, um das Ausquetschen von Überschussharz aus den imprägnierten Fasern zu erleichtern und um die imprägnierten Faser in einheitliche Strukturkörper gleichförmig zu kompaktieren, während sie sich in der Harzdosier- und -profilziehdüse (30, 30a) befinden.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem der Schritt des Ziehens der Faserkabel von einer drehenden Wickelspule (93) ausgeführt wird, und der Schritt vorgesehen ist, gesonderte Kammern (134, 135, 136, 137, 138) auf der drehenden Wickelspule (93) vorzusehen, und getrennte große Längenstücke von thermoplastischen verstärkten Fasern aus der kühlenden Ziehdüse (32, 32a) aufzunehmen und getrennt zu halten.