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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aushärten von mit aushärtbarem, exotherm reagierendem Kunststoff getränkten Fasersträngen und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bekannt ist ein Verfahren, bei welchem der aus Einzelfasern bestehende Faserstrang mit einem durch kontinuierliches Vermengen eines flüssigen thermoplastischen Kunststoffes mit einem Härtemittel hergestellten, katalysierten Gemisch getränkt, der Querschnitt des getränkten Faserstranges auf eine gewünschte Gestalt und Grösse gebracht und hierauf der Kunststoff ausgehärtet wird. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, katalysierte, warm aushärtbare Harze, mit denen ein Fasergespinst getränkt ist, dielektrisch zu erhitzen und zu diesem Zweck elektrische Hochfrequenzfelder mit Frequenzen zwischen 45 bis 500 MHz oder 950 bis 5200 MHz zu verwenden.
Bei Benutzung derartiger elektrischer Felder kann das Aushärten über den gesamten Querschnitt des auszuhärtenden Materials gleichzeitig erfolgen, wodurch der Aushärtungsprozess beschleunigt wird und auch in kontinuierlich arbeitenden Vorrichtungen durchgeführt bzw. verbessert werden kann.
Die Benutzung elektrischer Energie in den genannten Wellenbändern bereitet gewisse Schwierigkeiten in erster Linie deswegen, weil eine Form besonderer Ausführung verwendet werden muss, durch welche die gesättigten Faserstränge hindurchgeführt werden, während die Aushärtung durchgeführt wird. Solche Formen können nicht aus einem Metall hergestellt werden, sondern müssen aus einem besonderen und geringe elektrische Verluste aufweisenden Material bestehen, z. B. aus einem besondern durch Wärme aushärtbaren Harzgemisch, wie Polytetrafluoräthylen. Selbst bei solchen Materialien, die einen Durchgang der Wellen durch die Form zulassen, ohne diese selbst aufzuheizen, um die Aushärtung einzuleiten, ist die Lebensdauer begrenzt, u. zw. wegen der Abnutzung an der Oberfläche, so dass die Formen regelmässig ersetzt werden müssen.
Infolge der fortschreitenden Abnutzung an der Innenseite der Form können die erforderlichen Abmessungen bei dem Fertigprodukt nicht ausreichend genau eingehalten werden.
Obwohl auf andern Gebieten aus Stahl bestehende Formrohre zum Aushärten eines katalysierten und durch Wärme aushärtbaren Harzes verwendet wurden, so müssen solche Stahlrohre mit Notwendigkeit von der Aussenseite her erhitzt werden, um die Aushärtung an der Aussenseite des katalysierten Harzes einzuleiten, so dass zusätzliche Verfahrensschritte vorgesehen werden müssen, damit das katalysierte Material mit Sicherheit innerhalb des gesamten Querschnittes ausgehärtet wird. Mit solchen, von aussen her erhitzten Stahlrohrformen können nur sehr geringe Fertigungsgeschwindigkeiten erreicht werden, so dass diese Verfahren mit ausserordentlich grossen Mängeln behaftet sind.
Obwohl aus Stahl oder aus einem vergleichbaren Metall bestehende Formrohre ihre Abmessungen und Form beibehalten, so zeigen die Erfahrungen doch, dass nicht nur die Fertigungsgeschwindigkeit beschränkt ist, sondern auch der Querschnitt des ausgehärteten Materials ungenau ausfällt.
Bekannt ist auch, Rohlinge aus warm aushärtbaren Kunststoffen ausserhalb einer Form mit Hilfe elektrischer Wechselfelder vorzuwärmen und erst dann in der Form auf die gewünschte Form zu bringen und auszuhärten. Auf diese Weise können aber keine Stränge mit genauem und dauernd masshaltigem Profil hergestellt werden.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen und wirtschaftlichen Produktion von mit aushärtbaren, exotherm reagierendem Kunststoff getränkten Fasersträngen, deren Querschnitt auch bei komplizierter Gestaltung möglichst genau seiner Sollform entspricht und diese auch beibehält. Dieses Ziel ist mit einem Verfahren der eingangs umrissenen Art erreichbar, bei welchem erfindungsgemäss der Aushärtevorgang im gesamten Strangquerschnitt durch die in seinem Inneren mittels eines elektrischen Feldes erzeugte Wärme eingeleitet wird, worauf der Strang auf seine endgültige Querschnittsform gebracht und durch die exotherme Reaktion ausgehärtet und dabei vorzugsweise bis zur Beendigung der exothermen Reaktion in dieser Querschnittsform erhalten wird.
Sämtliche auf diese Weise hergestellten Stränge sind mit dem Sollprofil profilgetreu. Lediglich bei besondern Ansprüchen bezüglich der Profiltreue und dauernden Masshaltigkeit ist es empfehlenswert, den Strang in seiner Endgestalt so lange zu erhalten, bis die Aushärtereaktion völlig beendet ist.
Empfehlenswert ist es, den Strang während der exothermen Reaktion von seiner Oberfläche her anzuwärmen, weil auf diese Weise das Temperaturgefälle innerhalb des Strangquerschnittes verringert sowie die Wärmeabgabe entlang der Strangoberfläche herabgesetzt wird und deshalb die zu erzeugende elektrische Energie kleiner ausfallen kann.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einem Gestell, an dem eine Einlaufkammer mit Einlässen für die Faserstränge sowie den aushärtbaren Kunststoff angebracht ist, aus einer dieser nachgeschalteten Vorhärtezone mit einer Führungseinrichtung für die getränkten Faserstränge, einer in Fertigungsrichtung gesehen anschliessenden Aushärtezone, die eine Endform mit einem Formkanal enthält, der mit der Führungseinrichtung ausgefluchtet ist, und aus einer der Endform nachgesetzten Abzugsvorrichtung für den fertigen Strang.
Erfindungsgemäss weist die Vorhärtezone eine elektrisch abgeschirmte Kammer auf, in der unmittelbar hinter oder entlang der Führungseinrichtung zu beiden Seiten des von dieser Einrichtung festgelegten Formkanals je eine Hochfrequenzelektrode vorgesehen ist, wobei die Aushärtezone ausserhalb des Wirkungsbereiches der Elektroden angeordnet ist. Die Endform kann aus metallischem, wärmeleitendem Material bestehen. Bei einer bevorzugten
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Ausführungsform ist die Führungseinrichtung der Vorhärtezone als Rohr ausgebildet und dieses mit einer Auskleidung aus einem Material mit kleinem dielektrischen Verlustfaktor, wie aus einem warm aushärtbaren Kunststoff, einem thermoplastischen Kunststoff oder aus keramischem Material versehen.
Vorteilhaft ist die Aushärtezone von aussen beheizbar und der Formkanal der Endform an das Rohr der Führungseinrichtung flüssigkeitsdicht angeschlossen. Empfehlenswert ist es, den Eintrittsquerschnitt des Formkanals kontinuierlich in den der Endgestalt entsprechenden Querschnitt übergehen zu lassen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht ist. Es zeigen : Fig. l eine erfindungsgemässe Vorrichtung in Seitenansicht, Fig. 2 deren Vorhärtezone im Schnitt, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 bzw. 6 im Schnitt je eine Variante der Vorhärtezone und Fig. 7 in einem Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt eine andere Ausführung einer Vorrichtung nach der Erfindung.
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in den herzustellenden Strang einzubettende, aus Einzelfasern bestehende Faserstrang kann, wie gezeigt, aus drei Einzelsträngen--12, 13, 14--zusammengesetzt werden, die auf Vorratsrollen--15, 16, 17--aufgewickelt sind.
Die Einzelstränge laufen in einer rohrförmigen Einlaufkammer--18--zusammen, in die eine von einem
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--19-- zurBehälter --21-- vorgesehen, von dem eine Rohrleitung--22--ausgeht, die an die Rohrleitung--20--zur Zuleitung des flüssigen Kunststoffes oder unmittelbar an die Einlaufkammer--18--angeschlossen ist. In der Einlaufkammer wird der Faserstrang mit dem aus flüssigen Kunststoff und Härtemittel bestehenden katalysierten Gemisch getränkt. Der getränkte Faserstrang--23--tritt aus der Einlaufkammer aus und gelangt in eine
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--25-- auf,--32-- aus einem Material mit kleinem dielektrischem Verlustfaktor enthält.
Geeignete Materialien dieser Art sind warm aushärtbare Kunststoffe, thermoplastische Kunststoffe, keramische Materialien, insbesondere jedoch
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--34-- dient--31-- ist in geringem Abstand je eine Hochfrequenzelektrode-28 bzw. 29-angeordnet. Das mit Hilfe der beiden Elektroden erzeugte, elektrische Feld ist von den Wänden--30--der Kammer--27--nach aussen abgeschirmt.
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Flansch durchsetzender Schrauben--42--mit einem Gegenflansch--43--verbunden ist. Dieser Gegenflansch ist an einer Manschette-44-befestigt, z. B. angeschweisst, die an ihrer andern Seite einen z. B.
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bzw. 30'--der Kammer--27--durchsetzt, sind an deren Innenseite Versteifungsplatten--48 bzw. 47-angebracht.
Zur sauberen Ausfluchtung des Kanals--33--der Vorhärtezone--31--mit dem Formkanal der Aushärtezone-35-ist die Durchtrittsöffnung-49-der düsenseitigen Kammerwand --30'-- mit der Bohrung--50--der Manschette--44--genau ausgerichtet.
Wie aus Fig. 4 und 5 bzw. 6 hervorgeht, kann eine zur Herstellung von Strängen--23'--mit z. B. kreuzförmigem bzw. H-förmigem Querschnitt bestimmte Düsen aus zwei spiegelbildlichen Hälften--51, 52-- zusammengesetzt sein, in deren gegeneinander gekehrte Seiten jeweils eine Hälfte des Formkanals--37 bzw. 37'--eingearbeitet ist. Die Umfangsfläche der insbesondere zusammengesetzten Düsen kann kreiszylindrisch (Fig. 4) oder auch prismatisch sein (Fig. 5 und 6). Auf die Umfangsflächen sind Heizkörper --53, 54,55 und 56--aufgelegt, die z. B. elektrische Heizwicklungen--57--enthalten können. Vorteilhaft ist die gesamte Aushärtezone --35-- im Innenraum --58-- eines an dem Gestell--11--befestigten Kastens--59-untergebracht.
Die hinter dem Kasten--59--auf dem Gestell --11-- angeordnete Abzugvorrichtung --60-- ist
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dazu eingerichtet, den bereits ausgehärteten Strang--23'--mit einer vorgegebenen, konstanten Geschwindigkeit durch die Vorhärte- und die Aushärtezone hindurch zu bewegen und ist mit zwei über eine
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seines Querschnittes nicht der endgültigen Querschnittsgestalt des herzustellenden Stranges entsprechen, da im Bereich dieser Zone das Aushärten des mit dem katalysierten Gemisch getränkten Faserstranges erst eingeleitet wird. Beispielsweise kann der Kanal der Vorhärtezone rund sein (Fig. 3) wenn der fertige Strang--23'-- kreuzförmigen Querschnitt aufweisen soll (Fig. 4 und 5).
Diese Querschnittsänderungen zwischen den einzelnen Phasen des Herstellungsprozesses sind möglich, weil der Strang die Vorhärtezone in noch halbweichem. verformbarem Zustand verlässt. In diesem Falle wird der halbweiche Strang erst in der Aushärtezone in seine Endgestalt überführt, d. h. der Querschnitt des Formkanals der Düse --36-- ändert sich hinsichtlich Gestalt und Grösse in Transportrichtung des Stranges so, dass sein Eintrittsquerschnitt kontinuierlich in den der Endgestalt des Strangquerschnittes entsprechenden Austrittsquerschnitt übergeht.
Wesentlich ist, dass der Querschnitt des Formkanals der Douse-36--, die in der Aushärtezone --35-- liegt, dem endgültigen Querschnitt des fertigen Stranges entspricht, wobei dessen Oberfläche glatt ausfällt, wenn die Kanalwandung gehörig glatt ist.
Mit Hilfe des elektrischen Hochfrequenzfeldes wird im gesamten Stranginneren Wärme erzeugt, so dass die Temperatur in Nähe der Strangachse höher als in dessen Randzonen ausfällt. Deshalb setzt die exothermisch verlaufende Aushärtereaktion im zentralen Bereich des Stranges ein und schreitet von innen nach aussen fort, wodurch das in derselben Richtung auftretende Temperaturgefälle grösser wird. Jedenfalls verfestigen sich zunächst die zentralen Strangbereiche und bei der Aushärtereaktion gegebenenfalls entstehende Dämpfe oder Gase können am Strangumfang entweichen, was nicht möglich wäre, wenn sich zunächst eine undurchlässige Aussenhaut bildete.
Ein möglicherweise auftretendes Entweichen von Gasen aus der Strangoberfläche beeinträchtigt jedoch nicht deren Güte oder die gewünschte endgültige Querschnittsgestalt, denn wegen der mit dieser formgetreuen Ausbildung des Düsenquerschnitts, deren Kanalwandung wie ein den Strang glättendes Bügeleisen wirkt, wird der Strangquerschnitt in der Aushärtezone, d. h. während des Verlaufes der exothermen Reaktion, auf seiner endgültigen Gestalt erhalten.
In manchen Fällen reicht die bei der exothermen Aushärtereaktion auftretende Wärme aus, um die entsprechende Temperatur des Stranges in der Aushärtezone zu gewährleisten. In diesem Falle ist eine Wärmezufuhr von aussen mittels Heizkörper --53 bis 56-- überflüssig. Soferne aber solche Heizkörper vorgesehen sind, soll die Düse aus einem gut wärmeleitenden metallischen Werkstoff gefertigt sein.
Fig. 7 veranschaulicht eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform ist die Führungseinrichtung --70-- vor den Elektroden--28, 29--angeordnet und besteht aus einem Mantelrohr --71-- mit einer Auskleidung--72--z. B. aus den oben für die Auskleidung --32-- erwähnten
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--70-- istHochfrequenzelektroden--28, 29--in bezug auf den blanken Strang--23--einander gegenüber. Bei dieser Ausführungsform befinden sich keinerlei Schichten dielektrischen Materials zwischen den Elektroden und dem Strang, der daher dem unbeeinflussten elektrischen Feld zwischen den beiden Elektroden ausgesetzt wird.
Die an dem Bund--39--der Düse--36--, deren Kanal--37--zumindest in seinem Endabschnitt hinsichtlich seines Querschnittes konform mit dem endgültigen Querschnitt des herzustellenden Stranges gestaltet ist, angreifende Überwurfbüchse --41-- ist unmittelbar gegen die gegenüberstehende Kammerwand--30'-- festgespannt und kann, wie bereits beschrieben, aus Hälften oder Teilen-51, 52-aufgebaut sein. Jedenfalls liegt auch bei dieser Ausführungsform erfindungsgemässer Vorrichtungen die Aushärtezone ausserhalb des Wirkungsbereiches des Hochfrequenzfeldes.
Die Verwendung keramischer Materialien für die Auskleidungen--32 bzw. 72--der Führungseinrichtungen--31 bzw. 70--wird vor allem dann in Betracht kommen, wenn deren Kanäle im Querschnitt von der gewünschten Endquerschnittsgestalt des Stranges abweichen und für diese von durchaus untergeordneter Bedeutung sind.
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