CH537550A - Faserverstärktes Kunststoffrohr und Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen dieses Kunststoffrohres - Google Patents

Description

  
 



   Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein faserverstärktes Kunststoffrohr, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen dieses Kunststoffrohres.



   Faserverstärkte Rohre aus Kunststoffen werden schon seit längerem vorzugsweise aus duroplastischen Kunststoffen, beispielsweise aus ungesättigten Polyesterreaktionsharzen und Epoxydreaktionsharzen, hergestellt. Als Verstärkungseinlagen werden in der Regel Glasfasern in Form von Rovings oder Bändern verwendet, die mit dem Harz durchtränkt werden.



   In neuerer Zeit finden anstelle der Glasfasern auch andere Fasern, wie beispielsweise Kohlefasern, Borfasern, synthetische Fasern auf Basis Polyamid und Polyvinylchlorid usw. Verwendung. Auch feintitrige metallische Fasern sind geeignet.



   Es ist allgemein bekannt, glasfaserverstärkte Rohre im Wickelverfahren herzustellen. Das Prinzip dieses Verfahrens besteht darin, Rovings oder Glasgewebebänder in einer Tränkevorrichtung mit Reaktionsharz zu imprägnieren, in einer Abstreifvorrichtung vom überschüssigen Harz zu befreien und über eine Führung auf einen sich um eine horizontale Achse drehenden zylinderförmigen Dorn lagenweise zu wickeln und hinterher aushärten lassen.



   Es gibt kontinuierlich arbeitende Wickelanlagen, bei denen ein kontinuierlich extrudiertes Rohr aus Polyvinylchlorid als Innenliner in Längsrichtung vollständig mit Rovings belegt wird, die durch dicht nebeneinanderliegende Umfangswicklungen fixiert werden. Kardanisch aufgehängte Tränkbänder mit den dazugehörigen Spulen rotieren dabei um das sich langsam in Achsrichtung weiterbewegende Polyvinylchlorid-Rohr.



   Gemäss einem anderen bekannten kontinuierlichen Verfahren wird ein endloses Stahlband zwangsweise auf ein dorn ähnliches Trägersystem gewickelt. Die Mantelfläche des Trägersystems besteht aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender und sternförmig zur Achse angeordneter Spezial Metallprofile, die im Abstand von einigen Zentimetern über ihre ganze Länge kugelgelagerte Rollen halten. Die Oberfläche des Trägersystems besteht dadurch aus einer Vielzahl von Rollen, auf denen das aufgewickelte Stahlband einerseits in Umfangrichtung und andererseits infolge der zwangsweisen Aufwicklung auch in Achsrichtung gleiten kann. Am freitragenden Ende wird das Stahlband abgezogen und durch das Trägersystem nach einigen Umleitungen erneut zwangsweise aufgewickelt.

  Durch diesen Mechanismus erhält man eine rotierende, sich langsam in Achsrichtung vorwärts bewegende Oberfläche, die das aufgewickelte Laminat kontinuierlich in axialer Richtung verschiebt. Das Laminat durchläuft einen Aushärteofen. Erst kurz vor dem Ende des Aushärteofens endet der Wickelkern.



  Der   Wickeischuss    wird anschliessend mittels einer mitlaufenden Schneidvorrichtung in die gewünschten Längen geschnitten.



   Diese bekannten Verfahren sind sehr aufwendig und mit relativ langen Fertigungszeiten verbunden. Die nach diesen bekannten Verfahren gefertigten Rohre besitzen eine geringe Kraftaufnahmefähigkeit in axialer Richtung, so dass sie anfällig gegen Biegespannungen sind.



   Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein faserverstärktes Kunststoffrohr sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen dieses Rohres zu schaffen, wobei dieses Kunststoffrohr neben guten Festigkeitswerten in radialer Richtung auch solche in axialer Richtung aufweisen soll. Das zugehörige erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglichen erst die Fertigung von Kunststoffrohren mit derartigen Festigkeitswerten und erlauben ausserdem eine besonders rentable Fertigung gegenüber den bisherigen Verfahren.



   Das erfindungsgemässe, faserverstärkte Kunststoffrohr, das aus einem duroplastischen Werkstoff mit einer Faserarmierung besteht, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Faserarmierung aus mindestens einem schlauchartigen, endlosen vom duroplastischen Werkstoff durchtränkten Strickgewebe besteht.



   Nach einer besonderen Ausführungsform weist die Faserarmierung des Kunststoffrohres zusätzlich mindestens eine Umfangswicklungslage aus Fasermaterial auf. Diese Umfangswicklungsanlage ist ebenfalls von dem duroplastischen Werkstoff durchtränkt.



   Als duroplastische Werkstoffe kommen vorzugsweise ungesättigte Polyesterreaktionsharze und Epoxydharze in Frage.



  Für die Faserarmierung werden zur Herstellung des Strickgewebes vorzugsweise Rovings aus Glasfasern aber auch aus Kohlefasern, Borfasern, Metallfasern, natürlichen und synthetischen Fasern sowie Mischfasern verwendet. Die gleichen Fasermaterialien eignen sich für die Umwicklungslage. Die Festigkeitseigenschaften lassen sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in Rohrlängsrichtung über die Änderung der Maschenrichtung und Maschenzahl variieren. Die Variation der Maschendichte und Maschenweite erlaubt das Einstellen des Fasergehaltes im Duroplasten. Auch durch die Verwendung von verschiedenen Faserarten in einem Strickgewebe oder für verschiedene Lagen lassen sich Festigkeitsabstufungen erzielen.



   Bei der Verwendung von elektrisch leitfähigen Fasern kommt der besondere Vorteil hinzu, dass man diese Armierungseinlagen gegebenenfalls als elektrische Heizung benutzen kann, indem man sie mit Stromzuführungen versieht.



  Elektrisch leitende Armierungseinlagen können in vorteilhafter Weise auch zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen verwendet werden. Als gegebenenfalls verwendete Innenliner eignen sich vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyamid usw. Auch vorgefertigte metallische Rohre können als Innenliner Verwendung finden. Soweit es sich um thermoplastische Innenliner handelt, lassen sich diese vorzugsweise unmittelbar vor dem Auftragen des duroplastischen Werkstoffes und Aufbringen der Faserarmierung extrudieren.



   Nach dem erfindungsgemässen Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen des Kunststoffrohres wird ein Kern mit einem in   fliessfähigem    Zustand befindlichen duroplastischen Werkstoff beschichtet und auf die Beschichtung eine Armierung aufgebracht, wobei diese von dem duroplastischen Werkstoff durchtränkt wird, und der duroplastische Werkstoff anschliessend ausgehärtet wird. Das Neue ist darin zu sehen, dass die Faserarmierung durch Bestricken des Kernes erzeugt wird.



   Auf diese Weise wird eine Faserarmierung hergestellt, die sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung aus einem zusammenhängenden Gebilde besteht, und deshalb auch besonders gute Festigkeitswerte des fertigen Rohres nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung gewährleistet.



   Zur Herstellung besondern hochbeanspruchbarer Rohre können mehrere Schichten duroplastischen Werkstoffes und mehrere Fasermateriallagen abwechselnd aufgetragen werden.



  Zur Erhöhung der Radialfestigkeit sieht das Verfahren gemäss einer besonderen Ausführungsform vor, dass wenigstens eine Fasermaterialzwischenlage im Umwickelverfahren in Form von Rovings oder Bändern aufgetragen wird.



   Eine verfahrenstechnisch besonders vorteilhafte Variante ist darin zu sehen, dass die Tränkung der aufgestrickten Faserarmierung durch die beim Bestricken und Abziehen des Rohres erzeugte Presskraft bewirkt wird.  



   Zum Erzielen hoher Festigkeiten wird das Strickgewebe vorzugsweise durch die auf das Rohr wirkende   Abziehkraft    vorgespannt. Beim Aushärten wird die Vorspannung fixiert.



   Für die Herstellung von Rohren mit einem bestimmten Innenprofil, beispielsweise Rundprofil, Mehrkantprofil, elliptisches Profil, verwendet man vorzugsweise einen entsprechend profilierten als Dorn, bzw. Innenliner ausgebildeten Kern.



   Vorzugsweise rotiert der Dorn bzw. Innenliner, damit der zugeführte duroplastische Werkstoff von der Auftragsdüse abgestreift wird. Zum Vermeiden einer ungleichmässigen Beschichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Dorn in axialer Richtung hin und her zu bewegen.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Kern, um den herum konzentrisch eine Auftragsdüse und dieser nachgeordnet ein Strickkopf vorgesehen sind, dem ein Aushärteofen nachgeschaltet ist. Die Auftragsdüse besteht beispielsweise aus einem kleinen Vorratsbehälter, an dessen Boden eine auswechselbare Abstreifdüse vorgesehen ist, die den Dorn bzw. Innenliner unter Belassung eines Spaltes umgibt.



  Strickköpfe sind in verschiedenen Variationen auf dem Markt erhältlich, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Jerseyware verwendet werden. Vorzugsweise sind mehrere Auftragsdüsen und Strickköpfe abwechselnd nacheinander angeordnet. Wird mit einem Dorn gearbeitet, ist in diesem Falle hinter dem ersten Strickkopf ein Aushärteofen vorzusehen, damit die erste Schicht erstarrt und für die weiteren Schichten als Träger dienen kann. Das auf diesen Träger weiterhin aufgetragene Duroplast wird schliesslich am Ende der Vorrichtung in einem zweiten Aushärteofen ausgehärtet.



   Vorzugsweise ist zusätzlich wenigstens eine Umfangswickelvorrichtung vorgesehen. Hierzu eignen sich die bei den bekannten Wickelverfahren verwendeten Vorrichtungen, mit denen beispielsweise Rovings bzw. Gewebebänder zugeführt werden.



   Der Dorn ist vorzugsweise mit einem Rotationsantrieb ausgestattet. Alternativ hierzu ist der Strickkopf mit einem Rotationsantrieb versehen.



   Die Vorrichtung ist vorzugsweise auf einem Fahrzeug angeordnet, so dass Rohre unmittelbar beim Verlegen an Ort und Stelle kontinuierlich hergestellt werden können. Auf diese Weise werden beim Verlegen langer Rohrleitungen ausserordentliche Kostenersparnisse erzielt.



   Selbstverständlich kann aber der kontinuierlich gefertigte Rohrstrang, insbesondere bei stationären Anlagen, auf entsprechende Rohrlängen geschnitten werden. Diese Rohrabschnitte werden erforderlichenfalls mit Flanschen versehen.



   In einer Zeichnung sei nun das erfindungsgemässe faserverstärkte Kunststoffrohr und die zugehörige   erfindungsge    mässe Vorrichtung rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemässe Kunststoffrohr mit Innenliner, ausschnittsweise, im Querschnitt,
Fig. 2 das erfindungsgemässe Kunststoffrohr ohne Innenliner, ausschnittsweise, im Querschnitt,
Fig. 3 eine senkrecht stehende Vorrichtung zum Herstellen der Kunststoffrohre in rein schematischer Darstellung, und
Fig. 4 eine auf einem Fahrzeug liegend angeordnete Vorrichtung zum Herstellen und unmittelbaren Verlegen der Kunststoffrohre, ebenfalls in rein schematischer Darstellung.



   In Fig. 1 besteht das faserverstärkte Kunststoffrohr 1 aus einem Innenliner 2, auf dem eine Duroplastschicht 3 angeordnet ist. In dieser Duroplastschicht 3 eingebettet befindet sich eine Faserarmierung 4. Sie ist aufgebaut aus einer inneren Strickgewebelage 5, einer Umfangswicklung 6 aus Rovings und einer äusseren Strickgewebelage 7.



   In Fig. 2 besteht das faserverstärkte Kunststoffrohr 8 aus einer in mehreren Lagen aufgetragenen Duroplastschicht 9, in die eine Faserarmierung 10 eingebettet ist. Diese ist aufgebaut aus einer inneren Strickgewebeeinlage 11, einer Umfangswicklungslage 12 und einer äusseren Strickgewebelage 13.



   Fig. 3 zeigt einen als Dorn 14 ausgebildeten Kern, der über Zahnräder 15, 16 mittels eines Motors 17 in Rotation versetzt wird. Den Dorn 14 umgibt eine Auftragsdüse 18, die über eine Zuführungsleitung 19 von einem Vorratsbehälter 20 mit duroplastischem Material beschickt wird. Der Auftragsdüse 18 nachgeschaltet ist ein Rundstrickkopf 21, dem Glasfaserfäden 22 von einer Vorratsrolle 23 zugeführt werden. In Arbeitsrichtung hinter dem Rundstrickkopf 21 ist ein Aushärteofen 24 angeordnet. Beim Austritt des Kunststoffrohres 25 aus dem Aushärteofen 24 wird eine Umfangswicklung 26 aus auf einer Vorratsrolle 27 befindlichen Rovings 28 aufgelegt. Das Aufwickeln erfolgt durch die Drehung des Kunststoffrohres 25, das mittels eines Antriebes 29 in Rotation versetzt wird.

  Mittels einer weiteren, über die Leitung 19 mit duroplastischem Material beschickten Auftragsdüse 30 wird eine zweite Schicht duroplastischen Materials aufgetragen. Mittels eines zweiten Rundstrickkopfes 31 wird eine zweite Strickgewebelage aufgelegt und von einem Duroplasten durchtränkt, bevor dieser im Aushärteofen 32 erstarrt. Nach dem Aushärten erfolgt der Auftrag einer weiteren Umfangswicklung 33. Eine dritte Auftragsdüse 34 sorgt für den Auftrag einer weiteren Schicht duroplastischen Materials, auf das mittels eines dritten Rundstrickkopfes 35 eine weitere Lage Strickgewebe aufgelegt wird. Die Rundstrickköpfe 21, 31 und 35 werden von einem gemeinsamen Antrieb 36 über eine Transmissionswelle 37 in Rotation versetzt. Die zuletzt aufgetragene duroplastische Schicht wird im Aushärteofen 38 fixiert. Der Abzug des Kunststoffrohres 25 erfolgt mittels eines Abzugswalzenpaares 39, 40.



   In Fig. 4 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung auf einem Fahrzeug 41 montiert. Aus einem Extruder 42 wird ein als Innenliner 43 ausgebildeter Kern extrudiert, auf den mittels einer ersten Auftragsdüse 44 ein Duroplast aufgetragen wird. Mit einem ersten Rundstrickkopf 45 wird der Innenliner 43 mit einem Strickgewebe 46 umstrickt und darauf mittels einer Umfangswickelvorrichtung 47 eine Umfangswicklungslage 48 aufgelegt. Mittels einer zweiten Auftragsdüse 49 wird erneut eine Schicht duroplastischen Materials aufgetragen und anschliessend mittels eines zweiten Rundstrickkopfes 50 eine zweite Strickgewebelage 51 aufgebracht. Schliesslich wird mittels einer dritten Auftragsdüse 52 nochmals duroplastisches Material aufgetragen und mittels eines Rundstrickkopfes 53 eine dritte Strickgewebe lage 54 aufgelegt. Der Duroplast wird schliesslich in einem Aushärteofen 55 fixiert.

   Das fertige Kunststoffrohr 56 läuft schliesslich über eine Stützrolle 57 direkt in den für die Verlegung vorbereiteten Graben (nicht dargestellt). Das Fahrzeug 41 bewegt sich mit der Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung vorwärts. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Faserverstärktes Kunststoffrohr, bestehend aus einem duroplastischen Werkstoff mit einer Faserarmierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserarmierung (4 bzw. 10) aus mindestens einem schlauchartigen, endlosen, vom duroplastischen Werkstoff durchtränkten Strickgewebe (5, 7 bzw.

   11, 13) besteht.

   II. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen des Kunststoffrohres nach Patentanspruch I, wobei ein Kern mit einem im fliessfähigen Zustand befindlichen duroplastischen Werkstoff beschichtet und auf die Beschichtung eine Armierung aufgebracht wird, wobei diese von dem duroplastischen Werkstoff durchtränkt wird, und der duroplastische Werkstoff anschliessend ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserarmierung durch Bestricken des Kernes erzeugt wird.

   III. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch einen Kern (14, 43), um den herum konzentrisch eine Auftragsdüse (18) und dieser nachgeordnet ein Strickkopf (21) vorgesehen sind, dem ein Aushärteofen (24) nachgeschaltet ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung mit einem Innenliner ausgekleidet ist.

   2. Kunststoffrohr nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserarmierung (4 bzw. 10) zusätzlich mindestens eine Umfangswicklungslage (6, 12) an Fasermaterial aufweist.

   3. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Kern ein Dorn verwendet wird.

   4. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Kern ein Innenliner verwendet wird.

   5. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schichten duroplastischen Werkstoffes und mehrere Fasermateriallagen abwechselnd aufgetragen werden.

   6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fasermaterialzwischenlage im Umfangswickelverfahren in Form von Rovings oder Bändern aufgetragen wird.

   7. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Tränkung der aufgestrickten Faserarmierungen durch die beim Bestricken und Abziehen des Rohres erzeugte Presskraft bewirkt wird.

   8. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Strickgewebe durch die auf das Rohr wirkende Abziehkraft vorgesprannt wird.

   9. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein profilierter Dorn verwendet wird.

   10. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn rotiert.

   11. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn in axialer Richtung hin und her bewegt wird.

   12. Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Auftragsdüsen (18, 30, 34) und Strickköpfe (21, 31, 35) abwechselnd nacheinander angeordnet sind.

   13. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens eine Umfangswickelvorrichtung (27) vorgesehen ist.

   14. Vorrichtung nach Patentanspruch III und Unteransprüchen 12 und 13, gekennzeichnet durch einen Rotationsantrieb (15, 16, 17) für den Kern (14).

   15. Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass der Strickkopf (21) mit einem Rotationsantrieb (36, 37) versehen ist.

   16. Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auf einem Fahrzeug (41) angeordnet ist.