Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von verstärkten Kunststoffzylindern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffzylindern.
Bekannterweise wird ein drehbarer Formzylinder verwendet, in welchem Verstärkungsmaterial eingebracht und so gleichmässig wie möglich auf der Innenfläche verteilt wird. Nach dem Anbringen des Verstärkungsmaterials wird eine Kunststoffmasse auf den Boden des Zylinders geschüttet und über das Verstärkungsmaterial verteilt. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft dringt die Kunststoffmasse nach aussen zwischen die Fasern und Stränge des Verstärkungsmaterials, füllt aber nicht immer alle Hohlräume zwischen den Verstärkungssträngen aus, wodurch Luftblasen zurückbleiben, die in einigen Fällen zu einer ungleichmässigen Festigkeit des Kunststoffzylinders führen. Der grösste Nachteil liegt jedoch darin, dass Luft zwischen den Strängen von Verstärkungsmaterial das Eindringen der Kunststoffmasse verzögert, wodurch sich die Produktion dementsprechend verlangsamt.
Ziel der Erfindung im Hinblick auf bekannte Herstellungsmethoden ist, die Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffzylindern so zu ermöglichen, dass sie schneller und gleichzeitig unter Verwendung von relativ einfachen und billigen Vorrichtungen hergestellt werden können und dabei die gewünschte gleichmässige mechanische Festigkeit erhalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zuerst eine Kunststoffmasse auf die Innenseite eines rotierenden Formzylinders aufgetragen und durch die Wirkung der Zentrifugalkraft gleichmässig über diese Zylinderinnenseite verteilt wird, und dass dann Verstärkungsmaterial in den Zylinder eingeführt, gleichmässig auf der Kunststoffmasse verteilt sowie durch Zentrifugalkraft und mechanisch mittels einer Rolle in diese hineingepresst wird. Das Verstärkungsmaterial kann dabei aus kurzen Glasfasersträngen bestehen, die mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung über die Kunststoffmasse z. B. aus einer Bahn von nicht gewebten Glasfasersträngen oder aus einer Bahn von geflochtenen Rovings verteilt werden.
Zur weiteren Verstärkung des Kunststoffzylinders wird bekanntlich eine Verstärkungsschnur oder ein Seil aus multifilen Glasfasern mit Kunststoff getränkt und dann mehrmals um den Kunststoffzylinder gewickelt, um einen Verstärkungsring herzustellen. Das Durchtränken der Schnur erfolgt dabei dadurch, dass sie durch ein Kunststoffbad in einem Behälter mit Boden- und Seitenwänden geführt wird, bevor sie um den Zylinder gewickelt wird.
Durch das Verstärken von Kunststoffzylindern mit einer Anzahl von Ringen, die in Abständen voneinander auf dem Zylinder angeordnet sind, ist es möglich, die Zylinder mit geringerer Wandstärke herzustellen.
Eine bekannte Methode zur Herstellung der Ringe besteht darin, eine Verstärkungsschnur oder ein Verstärkungsseil aus einer Vielzahl von Glasfaserfäden nach unten in einen Behälter mit flüssigem Kunststoff um eine richtungsändernde Rolle, die in dem Bad angebracht ist, und nach oben zu einer Abstreichvorrichtung zu führen, von wo aus die Schnur dann zu dem rotierenden Zylinder gebracht und mehrmals um diesen gewickelt wird, um einen Verstärkungsring zu bilden. Wenn die Verstärkungsschnur um den Zylinder gewickelt wird, wirkt die Spannung in der Schnur, die hauptsächlich durch den Widerstand an der richtungs ändernden Rolle in dem Bad entsteht, der Zunahme der radialen Stärke des gebildeten Verstärkungsrings entgegen.
Die Verstärkungsschnur wird so um den Zylinder gezogen, dass die Wicklungen dazu neigen, nebeneinander statt übereinander zu liegen. Das bedeutet, dass der Verstärkungsring relativ breit gemacht werden muss, damit die gewünschte radiale Stärke des Ringes erreicht wird. Solch ein Wicklungsverfahren macht eine unnötige Anzahl von Wicklungen erforderlich, wodurch zusätzliche Zeit und mehr Material als nötig verbraucht werden. Eine Methode zur Verringerung dieser Nachteile besteht darin, für jeden Verstärkungsring zwei Stützringe, z. B. aus Kunststoff, anzubringen, mit einem Zwischenraum, welcher der axialen Stärke des Verstärkungsrings entspricht, und mit einer radialen Höhe, welche der radialen Stärke des Rings entspricht.
Die Stützringe bilden dabei einen Kanal, der mit einer Anzahl von Wicklungen der mit Kunststoff getränkten Verstärkungsschnur gefüllt werden kann. Der Nachteil dieser Methode liegt jedoch in einer beträchtlichen Kostenerhöhung durch die Kosten für die Ringe selbst und für ihre Befestigung.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, auch diese genannten Nachteile zu vermeiden. Hierzu wird zweckmässig die Verstärkungsschnur oder das Verstärkungsseil durch eine Öffnung in einer der Behälterwände heraufgezogen, wobei die Grösse der Öffnung annähernd der Stärke der Schnur entspricht, so dass die Schnur, während sie durch den Behälter verläuft, eine relativ kleine Spannung aufweist.
Das Verfahren wird zweckmässig in der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführt; diese ist eine solche mit einem rotierenden Formzylinder und einer Anpressrolle und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein länglicher Behälter in der Form eines Troges vorgesehen ist, der entlang der Längsseite des Zylinders verläuft und der eine Anzahl von Öffnungen aufweist, um Glasfaser-Schnüre durchlaufen zu lassen, wobei die Öffnungen an den Stellen angebracht sind, an denen die Verstärkungs ringe gebildet werden sollen. Die Verstärkungsschnur kann also in praktisch spannungslosem Zustand von einer Zufuhrrolle abgewickelt und ohne merkliche Spannungszunahme durch das Bad und zu dem Zylinder geführt werden.
Da die Spannung in der Verstärkungs- schnur minimal ist, kommen dabei die Wicklungen übereinander zu liegen und bilden schnell einen Ring, dessen radiale Höhe grösser ist als seine axiale Breite, wenn das gewünscht wird. Dadurch erhält der Verstärkungsring mit einer relativ kleinen Anzahl von Windungen im Vergleich zu der vorher beschriebenen Methode eine grosse Festigkeit. Ausserdem wird der Gebrauch von Stützringen überflüssig.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, wobei die Zeichnung Ausführungsbeispiele geeigneter Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens enthält. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines drehbaren Formzylinders sowie einer Rolle zur Aufnahme einer Bahn aus gewebten Glasfasern von einer Zufuhrrolle,
Fig. 2 eine Endansicht des Formzylinders nach dem Einführen der Glasfaserbahn in den Zylinderhohlraum sowie eine schwenkbare Haltevorrichtung, von der die Bahn getragen wird,
Fig. 3 eine Endansicht des Formzylinders in der Umdrehung, wobei die Rolle zum Abrollen der Bahn an der Kunststoffschicht auf der Innenseite des Zylinders aufliegt,
Fig. 4 eine abgebrochene, perspektivische Ansicht einer Schneidemaschine,
Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch die in Fig.
4 dargestellte Schneidemaschine,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 7 einen Schnitt durch einen Verstärkungsring, der mittels der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung gebildet wurde, und
Fig. 8 einen Schnitt durch den Behälter mit dem Kunststoffbad in Ruhestellung.
Der verwendete Formzylinder 10 ist in zwei Hälften geteilt, die durch eine nicht gezeigte Befestigungs- vorrichtung zusammengehalten werden. Der Zylinder 10 ist auf drehbaren Rädern 11 befestigt und wird von einem nicht gezeigten elektrischen Motor in Umdrehungen versetzt.
In der Nähe des Zylinders ist eine schwenkbare Haltevorrichtung 12 angebracht, die eine drehbar auf ihr befestigte Rolle 13 trägt. In der mit durchgehenden Linien gezeichneten Stellung liegt die Rolle 13 unter einer Zufuhrrolle 14 für das abwickelbare Verstärkungs- material, das in der beispielhaften Ausführungsform eine Glasfaserbahn 15 aus geflochtenen Rovings ist.
Die Bahn wird von der Zufuhrrolle 14 ab- und auf die Rolle 13 aufgewickelt und in einer Länge abge- schnitten, die normalerweise etwas über den inneren Umfang des Zylinders 10 hinausgeht.
Die Rolle 13 wird dann mit der Bahn aus Verstärkungsmaterial in eine Stellung hinübergeschwungen, wie strichliert eingezeichnet ist, in der sie koaxial zur Achse 16 liegt, die in Fig. 1 und 2 in der Mitte des Zylinders 10 zu sehen ist und die von einer schwenk- baren Haltevorrichtung 17, 17a getragen wird, wobei ein Schenkel 17a in Fig. 1 in heruntergeklappter Stellung gezeigt wird. Die Rolle 13 wird auf die Achse 16 geschoben, und daraufhin wird der freibewegliche Schenkel 17a nach oben geschwungen und mit dem nach aussen vorstehenden Ende der Achse 16 verbunden, wie Fig. 2 zeigt. Dann kann die Rolle 13 aus der gezeigten Mittellage zum Anliegen an die Innenfläche des Zylinders 10 gebracht werden.
Bevor die Rolle 13 jedoch in diese letztgenannte Lage gebracht wird, wird eine Kunststoffschicht an der Innenseite des Zylinders 10 angebracht. Unten im Zylinder 10 hängt ein kippbarer Behälter 18, der mit einer flüssigen Kunststoffmasse, zweckmässgerweise mit Polyetser, gefüllt ist.
Wenn sich der Zylinder 10 dreht, wird der Behälter 18 gekippt, und die Kunststoffmasse fliesst nach unten auf den Boden des rotierenden Zylinders 10. Auf diese Weise wird der Kunststoff durch die Wirkung der Zentrifugalkraft über die ganze Innenseite des Zylinders verteilt und bildet eine einheitliche Schicht 19. An den Rändern des Zylinders 10 sind abnehmbare Flansche 20 angebracht, die ein Herausfliessen der Kunststoffmasse an den Zylinderenden verhindern. Nur ein Teil des Flansches 20 wird in Fig. 2 gezeigt.
Die Rolle 13 mit der Bahn aus Verstärkungsmaterial wird dann zu der Kunststoffschicht auf der Zylinderinnenseite hin geschwungen und mit ihr in Berührung gebracht. Das Ende 15a der Bahn 15 setzt sich auf der Kunststoffschicht 19 fest und die Rolle 13 rollt gegenüber der Schicht 19 ab, um die Bahn 15 auf dieser abzusetzen.
Die Bahn aus Verstärkungsmaterial wird also einfach und schnell in das Innere des Kunststoffzylinders gebracht und dringt durch die Rolle 13 und durch die Wirkung der Zentrifugalkraft in die Kunststoff- schicht 19 ein.
Im Inneren des Kunststoffzylinders können eine oder mehrere zusätzliche Schichten aus verstärkendem Glasfasermaterial in der beschriebenen Weise angebracht werden.
Der Kunststoff härtet dann aus, worauf der Zylinder vom Formzylinder 10 entfernt werden kann.
Das Verstärkungsmaterial kann auch aus ziemlich kurz geschnittenen Glasfasersträngen bestehen. In diesem Fall wird, wie Fig. 4 und 5 zeigen, eine Schneidevorrichtung axial in den rotierenden Zylinder hineingeschoben, und gleichzeitig wird eine Schnur aus mehreren Glasfasersträngen der Schneidevorrichtung zugeführt und in ziemlich kurze Abschnitte geschnitten.
Fig. 4 stellt einen Formzylinder 21 dar, der zur Rotation mittels einer nicht gezeigten Antriebsreibrolle auf drehbaren Rollen 22 befestigt ist. An den Zylinderenden sind Endwandringe 23 zum Zurückhalten einer flüssigen Kunststoffschicht 24 auf der Innenseite des rotierenden Zylinders vorgesehen.
An einem Ende des Zylinders ist ein transportfähiger Rahmen 25 angebracht, der eine horizontale Stange 26 hält. An der Stange 26 ist eine Anzahl von Stützteilen 27 mit drehbaren Rädern angebracht, die von einer axial bewegbaren Zahnstange 28 getragen werden, die über ein Ritzel 29 von einem Elektromotor 30 angetrieben wird. Die Antriebsvorrichtung wird von einem Halter 31 getragen, der auseinandernehmbar an der Stange 26 befestigt ist
Entlang der Zahnstange 28 sind eine Reihe von Armen 32 mit Ringen zum Führen einer ununterbrochen vorlaufenden Schnur 33 aus einer Vielzahl von Glasfaserfäden vorgesehen. Die Schnur wird einem Nachschubrad 34 entnommen. Die erwähnte Führungseinrichtung umfasst ein Rohr 35, das an der Seite der Zahnstange 28 an deren Ende angebracht ist.
Am Ende der Zahnstange 28 befindet sich ein nach unten verlaufender Arm 36 mit einer Schneidvorrichtung 37, welche die Schnur 33 in relativ kleine Stücke schneidet.
Die Schneidevorrichtung 37 weist einen Elektromotor 38 mit einem an der Zahnstange 28 entlang laufenden Starkstromkabel auf. Der Elektromotor 38 treibt eine Rolle 39 an, die an ihrem Umfang mit einer Mehrzahl von querstehenden rasierklingenähnlichen Messern 40 ausgestattet ist. Die Rolle 39 grenzt an eine zweite drehbar angebrachte Rolle 41 an, die mit einem Belag 42 aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummi, versehen ist.
Die Schnur 33 wird zwischen den Rollen 39 und 41 bzw. 42 nach unten geführt und durch diese aus dem Nachschubrad 34 herausgezogen. Wenn die Schnur zwischen den Rollen durchläuft, wird sie von den Messern 40 in Stücke von gewünschter Länge geschnitten, die dann auf die Kunststoffschicht 24 auf dem Zylinder 21 gestreut werden, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt wird. Durch gleichzeitiges axiales Bewegen der Zahnstange 28 innerhalb des Zylinders 21 wird die Kunststoffschicht mit einem Belag aus solchen Glasfaserteilen überzogen. Je nachdem, in welcher Stärke der Belag aus Glasfaserteilen gewünscht wird, wird die Schneidevorrichtung einmal oder mehrere Male durch den Zylinder bewegt. Im Anschluss daran wird eine Rolle gegen den Glasfaserbelag gedrückt, um ihn in die Kunststoffschicht einzupressen.
Wie die Zeichnung zeigt, ist das Ende der Zahnstange 28 mit einem drehbar befestigten Stützrad 43 versehen, das auf einem horizontalen Rohr 44 läuft Ein Ende des Rohres ruht auf einem Gestell 45 und das andere Ende steckt in einer Hülse 46, die am Ende der Stange 26 befestigt ist. Wenn das Verstärkungsmaterial vollständig angebracht ist, wird die Schneidevorrichtung 37 in ihre rückwärtige Stellung am Rahmen 25 gezogen, worauf das Rohr 44 aus der Hülse 46 und aus dem Zylinder herausgezogen wird.
Fig. 6-8 veranschaulicht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zusätzlichen Anbringen von Verstärkungsringen an einem vorgefertigten verstärkten Kunst stoffzylinder 50, der in der Mitte von Zapfen 51 gestütz wird, die gegen die Endwände 52 des Zylinders gedrückt werden. Der Zylinder ist in der Richtung des Pfeils 53 drehbar.
Ein Behälter 55, der schwenkbar an einer Rahmenkonstruktion befestigt ist, besteht aus Seitenwänden 56, 57, einer unteren Wand 58 und aus Endwänden 59.
Im Boden 58 sind eine Reihe von Öffnungen 60, 61 in einem Abstand voneinander angebracht, welcher dem Abstand zwischen den auf dem Zylinder herzustellenden Verstärkungsringen 62, 63 entspricht.
Unter dem Behälter 55 befinden sich eine Anzahl von Nachschubrollen 64, 65 für Verstärkungsschnüre oder Seile, die alle aus einer Mehrzahl von Glasfaserfäden bestehen. Die Schnüre 66 und 67 werden aus den Rollen 64, 65 durch die Öffnungen 60 und 61, durch das Kunststoffbad 68 in dem Behälter und durch jeweils entsprechende Abstreichvorrichtungen 69 und 70, die in einer bestimmten Höhe über dem Bad angebracht sind, gezogen. Die Schnüre werden dann einige Male um den Zylinder 50 gewunden und bilden so die Verstärkungsringe 62, 63.
Die Öffnungen 60, 61 sind in bezug auf die Schnüre 66, 67 so gross, dass die Schnüre ein Ausfliessen der relativ strengflüssigen Kunststoffmasse durch die Öffnungen verhindern. Wenn die Schnüre 66, 67 durch das Bad 68 laufen, werden sie mit Kunststoff gesättigt; überflüssiger Kunststoff wird durch die Abstreichvorrichtungen 69, 70 entfernt und unterhalb der Vorrichtungen gesammelt, um entlang den entsprechenden nach oben verlaufenden Schnüren zurückzulaufen. Auf diese Weise werden die Schnüre wirksam mit der Kunststoffmasse behandelt, um dann ausreichend mit der Masse gesättigt zu sein, wenn sie ihre entsprechenden Abstreichvorrichtungen 69, 70 durchlaufen haben.
Aufgrund der Tatsache, dass die Schnüre 66 und 67 beim Durchlaufen der Abstreichvorrichtungen 69, 70 und der Öffnungen 60, 61 einen relativ geringen Widerstand erfahren, ist die Spannung in den Schnüren 66 und 67 relativ gering, und daher werden die entsprechenden Schnüre relativ locker um den Zylinder 50 gewickelt. Dadurch erhalten die entsprechenden Verstärkungsringe eine relativ hohe radiale Ausdehnung in bezug auf ihre axiale Ausdehnung, wie Fig. 7 zeigt, in der unter 71 der Schnitt eines fertigen Ver stärkungsrings zu sehen ist.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich wird, kann der Behälter 55 zweckmässig nach dem Aufwickeln der Verstärkungsringe in die gezeigte Stellung gekippt werden. Die Menge der Kunststoffmasse, die in dem Behälter erhalten ist, wird nomalerweise so bemessen, dass praktisch der ganze Kunststoff in dem Behälter von den Schnüren aufgenommen wird, wenn diese um den Behälter gewickelt werden. Es ist jedoch möglich, dass kleine Mengen von Kunststoff 68a zurückbleiben, die dann in einer Ecke des Behälters, die tiefer lie#gt als die Öffnungen 60, 61, gesammelt werden können, indem der Behälter in die in Fig. 8 gezeigte Stellung gekippt wird; dadurch wird verhindert, dass sich der Kunststoff in den Öffnungen festsetzt.
Es ist auch möglich, die Schnüre 66, 67 in die entgegengesetzte Richtung laufen zu lassen, wobei dann der Behälter relativ zum Zylinder 10 so hoch angebracht wird, dass die Schnüre nach unten durch das Kunststoffbad, durch die Öffnungen 60, 61 und gerade nach unten zum Zylinder 10 gelassen werden können.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffzylindern, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Kunststoffmasse auf die Innenseite eines rotieren- den Formzylinders (10) aufgetragen und durch die Wirkung der Zentrifugalkraft gleichmässig über diese Zylinderinnenseite verteilt wird, und dass dann Verstärkungsmaterial in den Zylinder (10) eingeführt, gleichmässig auf der Kunststoffmasse verteilt sowie durch Zentrifugalkraft und mechanisch mittels einer Rolle (13) in diese hineingepresst wird.
UNTERANSPRÜ CHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial aus einer Bahn (15) von Glasfasersträngen besteht und auf eine drehbare Rolle (13) aufgewickelt ist, die in den Zylinder (10) hineingeschoben wird, und dass dann die Bahn (15) an die Kunststoffschicht (19) herangeführt und auf ihr abgerollt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine multifile Glasfaserschnur (33) einer Schneidvorrichtung (37) zum Schneiden der Fäden in eine vorherbestimmte Länge zugeführt wird, und dass die Schneidvorrichtung dann axial innerhalb des mit Kunststoff ausgekleideten Zylinders (21) bewegt wird, um die geschnittenen Glasfaserfäden gleichmässig über die Kunststoffschicht zu verteilen.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, bei welchem der Zylinder zusätzlich mittels einer Anzahl von Verstärkungsringen verstärkt wird, die jeweils aus einer fortlaufenden multifilen, mit einer Kunststoffmasse ge tränkten Glasfaserschnur hergestellt werden, wobei die Schnur dadurch getränkt wird, dass sie durch ein Kunst stoffbad in einem Behälter mit einer unteren Wand und Seitenwänden läuft, und bei welchem dann die Schnur mehrmals um den Kunststoffzylinder gewickelt wird, nachdem dieser aus dem Formzylinder entfernt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschnur durch eine Öffnung in einer der Wände nach oben gezogen wird, und dass sie relativ leicht durch diese Öffnung läuft, so dass sie getränkt wird, während sie eine relativ kleine Spannung beibehält, wenn sie um den Kunststoffzylinder gewickelt wird.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, mit einem rotierbaren Formzylinder und einer Anpressrolle, dadurch gekennzeichnet, dass ein länglicher Behälter (55) in der Form eines Troges vorgesehen ist, der entlang der Längsseite des Zylinders (50) verläuft und der eine Anzahl von Öffnungen (60, 61) aufweist, um Glasfaserschnüre (66, 67) durchlaufen zu lassen, wobei die Öff- nungen (60, 61) an den Stellen angebracht sind, an denen die Verstärkungsringe (62, 63) gebildet werden sollen.