DE102015214076B3

DE102015214076B3 - Device and method for manufacturing fiber-reinforced extruded profiles

Info

Publication number: DE102015214076B3
Application number: DE102015214076.8A
Authority: DE
Inventors: Gregor Daun; Ingo Windeler; Jan Wucherpfennig
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fertigung von faserverstärkten Strangprofilen umfassend eine Zieheinrichtung zum Ziehen eines strangförmigen Werkstückes (9) durch die Vorrichtung, mindestens eine um die Strangachse drehbar angeordnete Faserspule (1), die einen Spulenkern aufweist, um den eine Faser (5) gewickelt ist, wobei die Faser dazu vorgesehen ist, auf der Oberfläche des Werkstücks (9) abgelegt zu werden, und mindestens eine um die Strangachse drehbar angeordnete Führungseinrichtung (7), die die von der Faserspule (1) abgewickelte Faser (5) auf das Werkstück (9) lenkt, wobei der Spulenkern der Faserspule (1) eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die das Werkstück (9) geführt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Strangwickelanlage, die mehrere der genannten Vorrichtungen umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen in einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for producing fiber-reinforced extruded profiles comprising a pulling device for drawing a strand-like workpiece (9) through the device, at least one fiber coil (1) rotatably disposed about the strand axis and having a coil core around which a fiber (5) is wound is, wherein the fiber is intended to be deposited on the surface of the workpiece (9), and at least one guide means (7) rotatably arranged about the rod axis, which guides the fiber (5) unwound from the fiber bobbin (1) onto the workpiece (9), wherein the coil core of the fiber coil (1) has a through hole through which the workpiece (9) is guided. Furthermore, the invention relates to a strand winding system comprising a plurality of said devices, and a method for producing fiber-reinforced extruded profiles in such a device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fertigung von faserverstärkten Strangprofilen umfassend eine Zieheinrichtung zum Ziehen eines strangförmigen Werkstückes durch die Vorrichtung, mindestens eine um die Strangachse drehbar angeordnete Faserspule, die einen Spulenkern aufweist, um den eine Faser gewickelt ist, wobei die Faser dazu vorgesehen ist, auf der Oberfläche des Werkstücks abgelegt zu werden, und mindestens eine um die Strangachse drehbar angeordnete Führungseinrichtung, die die von der Faserspule abgewickelte Faser auf das Werkstück lenkt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Strangwickelanlage, die mehrere der genannten Vorrichtungen umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen in einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for producing fiber-reinforced extruded profiles comprising a pulling device for drawing a strand-like workpiece through the device, at least one fiber coil rotatable about the strand axis and having a coil core around which a fiber is wound, the fiber being intended to to be deposited on the surface of the workpiece, and at least one guide means rotatably disposed about the string axis, which directs the fiber unwound from the fiber bobbin to the workpiece. Furthermore, the invention relates to a strand winding system comprising a plurality of said devices, and a method for producing fiber-reinforced extruded profiles in such a device.

Faserverstärkte Werkstoffe (Faserverbundwerkstoffe) enthalten als wesentliche Komponenten Fasern als Verstärkungsmaterial und ein Matrixsystem, in das die Fasern eingebettet sind. Typischerweise basieren die Fasern auf Glas, Kohlenstoff, Aramid oder Nylon. Als Matrixsysteme kommen meist duroplastische Polymere, beispielsweise Polyesterharze, Vinylesterharze oder Epoxidharze, oder thermoplastische Polymere wie Polyamide, Polypropylene oder Polyethylene zum Einsatz.Fiber-reinforced materials (fiber composites) contain as essential components fibers as reinforcing material and a matrix system in which the fibers are embedded. Typically, the fibers are based on glass, carbon, aramid or nylon. Thermosetting polymers, for example polyester resins, vinyl ester resins or epoxy resins, or thermoplastic polymers such as polyamides, polypropylenes or polyethylenes are mostly used as matrix systems.

Zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen sind verschiedene Verfahren bekannt. Beim typischen Strangziehverfahren (Pultrusionsverfahren) werden die Fasern von Spulen abgerollt, mit dem Matrixsystem getränkt oder anderweitig benetzt, in die gewünschte Profilform gebracht und ausgehärtet. Dabei können die Fasern selbst die Profilform bilden oder sie können auf einen Grundkörper aufgebracht werden. Das Verfahren wird üblicherweise kontinuierlich durchgeführt, indem das durch die getränkten Fasern gebildete Werkstück kontinuierlich durch die Anlage gezogen wird.Various processes are known for the production of fiber-reinforced extruded profiles. In the typical pultrusion process, the fibers are unwound from bobbins, soaked in the matrix system or otherwise wetted, formed into the desired profile shape and cured. The fibers themselves may form the profile shape or they may be applied to a base body. The process is usually carried out continuously by continuously drawing the workpiece formed by the impregnated fibers through the plant.

Beim sogenannten Filament Winding-Verfahren werden die Fasern ebenfalls von Spulen abgerollt und mit dem Matrixsystem getränkt oder anderweitig benetzt. Hierbei handelt es sich allerdings um ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem ein zu ummantelnder Kern oder Grundkörper rotiert und die Fasern durch eine axiale Hin- und Herbewegung solange auf das Werkstück geführt und auf dieses aufgewickelt werden, bis die gewünschte Dicke der Faser-Kunststoff-Schicht erreicht ist.In the so-called filament winding process, the fibers are also unwound from bobbins and impregnated with the matrix system or otherwise wetted. However, this is a discontinuous process in which a core or body to be coated rotates and the fibers are guided by an axial reciprocating motion on the workpiece and wound on this until the desired thickness of the fiber-plastic layer is reached.

Das Pullwinding-Verfahren stellt eine Kombination des Strangziehens und Filament Winding dar. Ein strangförmiges Werkstück wird durch die Anlage gezogen, während Faserspulen um das Werkstück rotieren, die Fasern getränkt oder benetzt werden und die benetzten Fasern auf dem Werkstück abgelegt werden (z. B. DE 10 2012 018 804 A1 , DE 10 2011 100 546 A1 , DE 10 2011 018 420 A1 ). Dabei kann die Benetzung auch erst auf dem Werkstück stattfinden. Das strangförmige Werkstück kann ein vorgeformter Grundkörper sein, beispielsweise ein Rohr, es kann aber auch durch Fasern gebildet werden, die in einer ersten Stufe z. B. im Strangziehverfahren in eine Profilform gebracht werden.The pull-winding process is a combination of pultrusion and filament winding. A strand-shaped workpiece is pulled through the plant while fiber coils rotate around the workpiece, the fibers are soaked or wetted, and the wetted fibers are deposited on the workpiece (e.g. DE 10 2012 018 804 A1 . DE 10 2011 100 546 A1 . DE 10 2011 018 420 A1 ). The wetting can take place only on the workpiece. The strand-shaped workpiece may be a preformed body, such as a tube, but it may also be formed by fibers, which in a first stage z. B. be brought into a profile shape in the pultrusion process.

Je nach herzustellendem Strangprofil ist das Pullwinding-Verfahren besonders wirtschaftlich, da es die kontinuierliche Fertigung des Strangziehens mit der Flexibilität des Filament Winding, insbesondere im Hinblick auf die Anzahl und Orientierung der einzelnen Lagen an Fasern, verbindet. Nachteilig an diesem Verfahren ist allerdings, dass durch die Rotation der Faserspulen, die üblicherweise auf Karussellen angebracht sind, im Betrieb hohe Fliehkräfte entstehen. Dies führt zu hohen mechanischen Belastungen und Verschleiß der Anlage sowie zu Sicherheitsproblemen hinsichtlich des Schutzes der Anlagenbediener vor sich eventuell lösenden Spulen. In der Praxis wird diesem Problem begegnet, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Karussells oder die Anzahl und Größe der Faserspulen auf dem Karussell begrenzt werden. Beide Maßnahmen bedeuten eine Beschränkung der Herstellkapazität der Anlage.Depending on the extrusion profile to be produced, the pull-winding process is particularly economical since it combines the continuous production of pultrusion with the flexibility of filament winding, in particular with regard to the number and orientation of the individual layers of fibers. However, a disadvantage of this method is that high centrifugal forces occur during operation due to the rotation of the fiber spools, which are usually mounted on carousels. This leads to high mechanical loads and wear of the system as well as safety problems with regard to the protection of the system operator from possibly loosening coils. In practice, this problem is addressed by limiting the rotational speed of the carousel or the number and size of fiber spools on the carousel. Both measures mean a restriction on the production capacity of the system.

Es stellte sich die Aufgabe, bekannte Anlagen und Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen dahingehend weiterzubilden, dass die konzeptionell bedingte Herstellkapazität erhöht wird, ohne Kompromisse im Hinblick auf die Anlagensicherheit eingehen zu müssen.It was the object of developing known systems and methods for the production of fiber-reinforced extruded profiles to the effect that the conceptual manufacturing capacity is increased, without having to compromise in terms of plant safety.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Fertigung von faserverstärkten Strangprofilen gemäß Anspruch 1, eine Strangwickelanlage gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6, 8 und 9 angegeben.This object is achieved by a device for manufacturing fiber-reinforced extruded profiles according to claim 1, a strand winding system according to claim 7 and a method for producing fiber-reinforced extruded profiles according to claim 10. Advantageous embodiments are set forth in claims 2 to 6, 8 and 9.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fertigung von faserverstärkten Strangprofilen umfasst eine Zieheinrichtung zum Ziehen eines strangförmigen Werkstückes durch die Vorrichtung, mindestens eine um die Strangachse drehbar angeordnete Faserspule, die einen Spulenkern aufweist, um den eine Faser gewickelt ist, wobei die Faser dazu vorgesehen ist, auf der Oberfläche des Werkstücks abgelegt zu werden, und mindestens eine um die Strangachse drehbar angeordnete Führungseinrichtung, die die von der Faserspule abgewickelte Faser auf das Werkstück lenkt. Erfindungsgemäß weist der Spulenkern der Faserspule eine Durchgangsbohrung auf, durch die das Werkstück geführt ist.The inventive apparatus for producing fiber-reinforced extruded profiles comprises a pulling device for drawing a strand-like workpiece through the device, at least one fiber coil rotatable about the strand axis and having a coil core around which a fiber is wound, the fiber being provided on the fiber core Surface of the workpiece to be stored, and at least one rotatable about the strand axis guide means arranged, which directs the unwound from the fiber spool fiber to the workpiece. According to the invention, the spool core of the fiber spool has a through-hole through which the workpiece is guided.

Als „Strangprofil” wird hier und im Folgenden das fertig umwickelte Werkstück bezeichnet, währen der Begriff „Werkstück” in allen Stadien des Durchlaufens der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird. Das Werkstück kann vorab auf eine bestimmte Länge zugeschnitten sein, es kann aber auch als Schlauchware in zunächst unbestimmter Länge der Vorrichtung zugeführt werden. Das Querschnittsprofil des Werkstücks kann über seine Länge konstant oder variabel sein. Beschränkt ist das Querschnittsprofil lediglich dadurch, dass seine größte Ausdehnung kleiner sein muss als der Querschnitt der Durchgangsbohrung des Spulenkerns der Faserspule. Das Werkstück kann hohl oder kompakt sein. Dabei kann es sich – wie oben zum Pullwinding-Verfahren beschrieben – um einen vorgeformten Grundkörper handeln oder um ein Gebilde aus Fasern, die in einer ersten Stufe in eine Profilform gebracht worden sind. As "extruded profile" is here and below the finished wrapped workpiece referred to, while the term "workpiece" is used in all stages of the passage of the device according to the invention. The workpiece can be pre-cut to a certain length, but it can also be supplied as a tubular fabric in an initially indefinite length of the device. The cross-sectional profile of the workpiece may be constant or variable over its length. The cross-sectional profile is limited only in that its greatest extent must be smaller than the cross section of the through hole of the coil core of the fiber coil. The workpiece can be hollow or compact. As described above for the pull-winding method, this may be a preformed main body or a structure of fibers which have been shaped into a tread shape in a first stage.

Als Strangachse wird die Achse bezeichnet, die sich dadurch ergibt, dass das Werkstück durch die Vorrichtung gezogen wird. Vorzugsweise wird das Werkstück innerhalb der Vorrichtung nicht umgelenkt, sodass sich pro Vorrichtung nur eine definierte Strangachse ergibt.The strand axis is the axis that results from the workpiece being pulled through the device. Preferably, the workpiece is not deflected within the device, so that only one defined strand axis results per device.

Ziehvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise Raupenabzug, Schrittgreifer, Geradeaus-Ziehmaschinen, Riemenscheiben oder Rollenziehanlagen.Drawing devices are known from the prior art, for example, caterpillars, step grippers, straight draw machines, pulleys or reel drawers.

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens eine Faserspule, die einen Spulenkern aufweist, um den eine Faser gewickelt ist. Der Spulenkern weist eine Durchgangsbohrung auf, durch die das Werkstück geführt ist. Zur Abwicklung der Faser im Betrieb rotiert die Faserspule um das Werkstück. Im Vergleich zum Stand der Technik des Pullwinding-Verfahrens, bei dem die Faserspule auf einem Karussell angebracht ist, das seinerseits um das Werkstück rotiert, werden konstruktionsbedingt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Fliehkräfte und das Trägheitsmoment der Faserspule in Bezug auf die Strangachse deutlich reduziert.According to the invention, the device comprises at least one fiber coil, which has a coil core around which a fiber is wound. The spool core has a through hole through which the workpiece is guided. To unwind the fiber during operation, the fiber spool rotates around the workpiece. Compared to the prior art of the pull-winding method in which the fiber bobbin is mounted on a carousel, which in turn rotates about the workpiece, the centrifugal forces and the moment of inertia of the fiber bobbin with respect to the strand axis are significantly reduced by the device according to the invention.

Wenn im Folgenden von Eigenschaften der Faserspulen (im Plural) die Rede ist, sind damit ebenso Eigenschaften der mindestens einen Faserspule gemeint.When referring in the following to properties of the fiber coils (in the plural), this also means properties of the at least one fiber coil.

Die Faserspulen können unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise im Hinblick auf ihre Abmessungen und das Fassungsvermögen an Faser, die auf der Spule aufgewickelt ist. In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden schmale Faserspulen eingesetzt, bei denen das Verhältnis des maximalen Außendurchmessers zur axialen Breite der Faserspule größer als zwei ist.The fiber spools can be designed differently, for example, in terms of their dimensions and the capacity of fiber which is wound on the spool. In a preferred variant of the device according to the invention narrow fiber coils are used, in which the ratio of the maximum outer diameter to the axial width of the fiber coil is greater than two.

Vorzugsweise ist die Durchgangsbohrung zentrisch im Spulenkern angeordnet.Preferably, the through hole is arranged centrally in the spool core.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Faserspulen um die Strangachse erlaubt hinsichtlich der Anzahl an Faserspulen einen modularen und erweiterbaren Aufbau. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind mindestens zwei Faserspulen mit Durchgangsbohrungen entlang der Strangachse hintereinander angeordnet, und es ist eine Umlenkeinrichtung vorhanden, über die die von den jeweiligen Faserspulen abgewickelten Fasern zur Führungseinrichtung geführt sind.The arrangement of the fiber coils according to the invention about the strand axis allows a modular and expandable structure with regard to the number of fiber coils. In a preferred embodiment of the device, at least two fiber spools with through-holes are arranged one behind the other along the strand axis, and there is a deflection device, via which the fibers unwound from the respective fiber spools are guided to the guide device.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die mindestens eine Faserspule oder mehrere Faserspulen auf einer antreibbaren Hohlwelle angeordnet, und das Werkstück ist durch die Hohlwelle geführt. Im Fall von mehreren Faserspulen dient die Hohlwelle als gemeinsame Lagerung der Faserspulen.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, the at least one fiber spool or a plurality of fiber spools are arranged on a drivable hollow shaft, and the workpiece is guided through the hollow shaft. In the case of multiple fiber coils, the hollow shaft serves as a common storage of the fiber coils.

Vorzugsweise sind die einzelnen Faserspulen relativ zur Hohlwelle beweglich gelagert. Dies ermöglicht unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten der Faserspulen in Abhängigkeit des Durchmessers der noch vorhandenen Faserwicklung.Preferably, the individual fiber coils are movably mounted relative to the hollow shaft. This allows different angular speeds of the fiber coils depending on the diameter of the remaining fiber winding.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Hohlwelle starr gelagert, und die Faserspulen sowie die Führungseinrichtung sind auf der Hohlwelle antreibbar gelagert.In another preferred embodiment, the hollow shaft is rigidly mounted, and the fiber coils and the guide means are mounted for driving on the hollow shaft.

Bevorzugt befindet sich innerhalb der Hohlwelle ein Schutzrohr, durch das das Werkstück geführt ist. Das Schutzrohr schirmt das Werkstück von den rotierenden Teilen der Vorrichtung ab und beugt dadurch möglichen Beeinträchtigungen des Werkstücks vor. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der das Schutzrohr an einem Ende starr befestigt ist, sodass es selbst keine Rotationsbewegung ausführen kann. Der Einsatz eines Schutzrohres ist sowohl bei einer Vorrichtung mit Hohlwelle wie bei einer Vorrichtung ohne Hohlwelle gleichermaßen vorteilhaft.Preferably located within the hollow shaft is a protective tube through which the workpiece is guided. The protective tube shields the workpiece from the rotating parts of the device and thereby prevents possible damage to the workpiece. Particularly advantageous is an arrangement in which the protective tube is rigidly fixed at one end, so that it can not perform any rotational movement itself. The use of a protective tube is equally advantageous both in a device with a hollow shaft and in a device without a hollow shaft.

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine um die Strangachse drehbar angeordnete Führungseinrichtung, die die von der Faserspule abgewickelte Faser auf das Werkstück lenkt. Bei mehreren von der Faserspule oder den Faserspulen kommenden Fasern lenkt die Führungseinrichtung bevorzugt alle Fasern auf das Werkstück. Die Führungseinrichtung dient dazu, die Fasern in einem vorgegebenen Winkel auf dem Werkstück abzulegen. Dieser Winkel ist von mehreren Parametern abhängig, vorrangig von dem Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit, mit der das Werkstück durch die Vorrichtung gezogen wird, und der Winkelgeschwindigkeit, mit der die Führungseinrichtung um die Strangachse rotiert. Außerdem werden der Ablagepunkt und damit das Ablagemuster von dem Abstand zwischen der bereits anhaftenden Faser und dem letzten Berührungspunkt der Faser mit der Führungseinrichtung beeinflusst.According to the invention, the device comprises a guide device rotatably arranged about the strand axis, which guides the fiber unwound from the fiber bobbin onto the workpiece. In the case of a plurality of fibers coming from the fiber spool or the fiber spools, the guide device preferably directs all the fibers onto the workpiece. The guide device serves to deposit the fibers at a predetermined angle on the workpiece. This angle is dependent upon several parameters, primarily the relationship between the speed at which the workpiece is pulled through the device and the angular rate at which the guide rotates about the line axis. In addition, the deposition point and thus the deposition pattern are influenced by the distance between the already adhering fiber and the last point of contact of the fiber with the guide device.

Die Führungseinrichtung kann unterschiedlich gestaltet sein und kann mehrere Einzelbauteile umfassen.The guide device can be designed differently and can comprise a plurality of individual components.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Führungseinrichtung einen Ring, über den die Fasern geführt sind. Die Fasern können dabei lose über den Ring geführt sein. Der Ring kann in seiner Mantelfläche und/oder seiner Stirnfläche Bohrungen aufweisen, durch die die Fasern geführt sind. Diese Ausführung ist für manche Anwendungen bevorzugt, da im Vergleich zur losen Führung die Fasern auf bestimmte Austrittspunkte über den Ringumfang verteilt festgelegt sind.In an advantageous embodiment, the guide device comprises a ring over which the fibers are guided. The fibers can be guided loose over the ring. The ring may have in its lateral surface and / or its end face bores through which the fibers are guided. This embodiment is preferred for some applications because, compared to the loose guide, the fibers are fixed at certain exit points distributed over the circumference of the ring.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Führungseinrichtung mindestens zwei Ringe, deren Außendurchmesser unterschiedlich sind. Die Ringe können ineinander oder hintereinander angeordnet sein. Die Fasern werden derart über die mindestens zwei Ringe geführt, dass sich aufgrund der Reibung eine Faserspannung einstellt, was einer definierten Ablage der Fasern auf dem Werkstück und einem hohen Faservolumenanteil zuträglich ist.In a further advantageous embodiment, the guide device comprises at least two rings whose outer diameters are different. The rings can be arranged one inside the other or one behind the other. The fibers are guided in such a way over the at least two rings that due to the friction, a fiber tension sets, which is conducive to a defined deposition of the fibers on the workpiece and a high fiber volume fraction.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Führungseinrichtung fest mit der Hohlwelle verbunden, sodass die Winkelgeschwindigkeit der Führungseinrichtung derjenigen der Hohlwelle entspricht.In a preferred embodiment, the guide device is firmly connected to the hollow shaft, so that the angular velocity of the guide device corresponds to that of the hollow shaft.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine weitere Faserspule in radialer Richtung hinter einer anderen Faserspule und relativ zu dieser drehbar angeordnet. Diese radiale Hintereinanderschaltung von Faserspulen erlaubt es, die Anzahl an zur Verfügung stehenden Fasern pro axialem Längenabschnitt zu erhöhen. Vorzugsweise sind alle derart hintereinander geschalteten Faserspulen konzentrisch zur Strangachse angeordnet.In a further preferred embodiment of the device according to the invention, at least one further fiber coil is arranged in the radial direction behind another fiber coil and rotatable relative thereto. This radial series connection of fiber coils makes it possible to increase the number of available fibers per axial length section. Preferably, all such fiber coils connected in series are arranged concentrically to the strand axis.

In einer Fortbildung dieser Anordnung ist bevorzugt mindestens eine weitere Führungseinrichtung drehbar um die Strangachse angeordnet ist, die die von der weiteren Faserspule abgewickelte Faser auf das Werkstück lenkt. Die weitere Führungseinrichtung kann synchron mit der ersten Führungseinrichtung betrieben werden. Alternativ kann die weitere Führungseinrichtung auch asynchron zur ersten Führungseinrichtung betrieben werden, sowohl im Hinblick auf die Winkelgeschwindigkeit als auch die Drehrichtung. Dadurch lässt sich in einem Arbeitsgang eine Vielzahl von Mustern der Ablage der Fasern auf dem Werkstück realisieren.In a further development of this arrangement, at least one further guide device is preferably arranged so as to be rotatable about the rod axis, which deflects the fiber unwound from the further fiber bobbin onto the workpiece. The further guide device can be operated synchronously with the first guide device. Alternatively, the further guide device can also be operated asynchronously to the first guide device, both with regard to the angular velocity and the direction of rotation. As a result, a large number of patterns of depositing the fibers on the workpiece can be realized in one operation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der mindestens einen Faserspule und der Führungseinrichtung eine um die Strangachse drehbare Tränkeinrichtung angeordnet, die Mittel zur Führung der Fasern durch die Tränkeinrichtung und Mittel zur Benetzung der Fasern mit einer Flüssigkeit aufweist.In an advantageous embodiment, between the at least one fiber coil and the guide device, a drinking device rotatable about the strand axis is arranged, which has means for guiding the fibers through the drinking device and means for wetting the fibers with a liquid.

Tränkeinrichtungen zur Benetzung von Fasern sind aus den klassischen Pullwinding-Verfahren bekannt, beispielsweise durch Betropfen oder Besprühen der Fasern oder durch Benetzen der trockenen Fasern, indem sie auf ein bereits getränktes Werkstück aufgebracht werden.Wetting devices for wetting fibers are known from the classic pull-winding method, for example by dripping or spraying the fibers or by wetting the dry fibers by applying them to an already soaked workpiece.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Tränkeinrichtung mindestens ein um die Strangachse rotierendes Bauteil sowie mindestens ein ortsfest angeordnetes Bauteil. Besonders bevorzugt weist diese Tränkeinrichtung im Inneren eine Form auf, in der sich ein Tränkmittelfilm ausbilden kann, sodass eine definierte Benetzung der Fasern sichergestellt werden kann. Beispiele derartiger vorteilhafter Ausgestaltungen sind in 6 und 7 wiedergegeben.In a preferred embodiment of the invention, the watering device comprises at least one component rotating about the strand axis and at least one stationaryly arranged component. Particularly preferably, this watering device has a form in the interior, in which an impregnating agent film can form, so that a defined wetting of the fibers can be ensured. Examples of such advantageous embodiments are in 6 and 7 played.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Strangwickelanlage, bei der mindestens zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen modular hintereinander angeordnet sind, sodass ein aus der ersten Vorrichtung austretendes strangförmiges Werkstück durch die zweite Vorrichtung geführt wird. Es ist nicht erforderlich, dass jede Vorrichtung eine eigene Zieheinrichtung umfasst. Die Strangwickelanlage insgesamt weist aber mindestens eine Zieheinrichtung zum Ziehen eines strangförmigen Werkstückes auf.Another object of the invention is a strand winding system, in which at least two devices according to the invention are arranged modularly one behind the other, so that an emerging from the first device strand-shaped workpiece is passed through the second device. It is not necessary for each device to include its own pulling device. However, the strand winding plant as a whole has at least one drawing device for drawing a strand-shaped workpiece.

Je nach Anforderung an das fertige Strangprofil ist es erforderlich, unterschiedliche Faserarten oder Faserstärken in unterschiedlicher Orientierung und Lagenstärke auf das zu umwickelnde Werkstück aufzubringen. Gegebenenfalls ist auch der Einsatz verschiedener Tränkmittel erforderlich. Der modulare Aufbau der erfindungsgemäßen Strangwickelanlage ermöglicht es, diese Anforderungen zu erfüllen und mit wenigen Vorrichtungen eine Vielzahl an unterschiedlichen Strangprofilen herzustellen.Depending on the requirements of the finished extruded profile, it is necessary to apply different types of fibers or fiber thicknesses in different orientation and layer thickness on the workpiece to be wrapped. Optionally, the use of various impregnants is required. The modular design of the strand winding system according to the invention makes it possible to meet these requirements and produce a variety of different extruded profiles with a few devices.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Strangwickelanlage sind aufeinander folgende Vorrichtungen derart eingerichtet, dass die Drehrichtung der jeweiligen Führungseinrichtungen und/oder das Verhältnis zwischen Winkelgeschwindigkeit und axialer Geschwindigkeit des Werkstücks unterschiedlich sind.In a preferred embodiment of the strand winding system, successive devices are set up such that the direction of rotation of the respective guide devices and / or the relationship between the angular velocity and the axial velocity of the workpiece are different.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Strangwickelanlage ist mindestens eine Umlenkvorrichtung zwischen zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen angeordnet, die das aus der ersten Vorrichtung austretende Werkstück umlenkt, sodass die Strangachse der zweiten Vorrichtung nicht parallel zur Strangachse der ersten Vorrichtung ist. Dadurch werden eine flexible Anordnung der einzelnen Vorrichtungen sowie eine optimale Ausnutzung des zu Verfügung stehenden Raumes ermöglicht.In a further preferred embodiment of the strand winding system, at least one deflecting device is arranged between two devices according to the invention, which deflects the workpiece emerging from the first device, so that the strand axis of the second device is not parallel to the strand axis of the first device. As a result, a flexible arrangement of the individual devices and optimal utilization of the available space is possible.

In einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung ist die Vorrichtung als Modul in einem Gehäuse aufgenommen, beispielsweise in eine Rahmenkonstruktion. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung mehrerer Vorrichtungs-Module nebeneinander oder übereinander in Form eines stapelbaren Baukastensystems.In an advantageous development of the invention, the device is accommodated as a module in a housing, for example in a frame construction. This allows a space-saving arrangement of several device modules next to each other or one above the other in the form of a stackable modular system.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen, bei dem ein strangförmiges Werkstück mittels einer Zieheinrichtung durch eine Vorrichtung gezogen wird, mindestens eine Faser vom Spulenkern mindestens einer drehbar um die Strangachse angeordneten Faserspule abgewickelt wird und von der Faserspule kommend über mindestens eine drehbar um die Strangachse angeordnete Führungseinrichtung auf das Werkstück gelenkt und auf dem Werkstück abgelegt wird, wobei das Werkstück durch eine Durchgangsbohrung im Spulenkern der mindestens einen Faserspule geführt wird.Another object of the invention is a method for producing fiber-reinforced extruded profiles, in which a strand-like workpiece is pulled by a pulling device through a device, at least one fiber from the coil core at least one rotatable about the strand axis arranged fiber coil is unwound and coming from the fiber coil over at least a guide means rotatably arranged about the string axis is directed onto the workpiece and deposited on the workpiece, the workpiece being guided through a throughbore in the spool core of the at least one fiber spool.

Üblicherweise umfasst ein faserverstärktes Strangprofil eine Vielzahl an Lagen von Fasern. Die Herstellung derartiger Strangprofile lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf mehrere Arten bewerkstelligen.Typically, a fiber-reinforced extruded profile comprises a plurality of layers of fibers. The production of such extruded profiles can be accomplished with the method according to the invention in several ways.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das zu umwickelnde Werkstück durch mehrere hintereinandergeschaltete Vorrichtungen gezogen, wobei in jeder Vorrichtung mindestens eine Lage an Fasern aufgebracht wird. Dieses Verfahren wird als „kontinuierlich” bezeichnet und eignet sich insbesondere für sogenannte „Endlosware”, die erst als fertiges Strangprofil auf ein definiertes Maß abgelängt wird.In a preferred embodiment of the method, the workpiece to be wrapped is pulled through a plurality of devices connected in series, wherein at least one layer of fibers is applied in each device. This process is referred to as "continuous" and is particularly suitable for so-called "endless", which is cut to a defined extent only as a finished extruded profile.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein vorab auf eine bestimmte Länge begrenztes Werkstück mehrfach durch eine oder mehrere Vorrichtungen gezogen, um die Vielzahl an Lagen von Fasern aufzubringen. Dieses Verfahren wird als „diskontinuierlich” bezeichnet.In a further preferred embodiment of the method, a workpiece limited in advance to a certain length is pulled several times through one or more devices in order to apply the plurality of layers of fibers. This process is referred to as "discontinuous".

In besonders bevorzugter Ausgestaltung des diskontinuierlichen Verfahrens sind mindestens zwei Zieheinrichtungen vorhanden, um die Richtung, in die das Werkstück gezogen wird, möglichst schnell wechseln zu können. Weiterhin ist die Führungseinrichtung derart gestaltet, dass die von der mindestens einen Faserspule kommenden Fasern sowohl in die eine als auch in die andere Richtung auf dem Werkstück abgelegt werden können.In a particularly preferred embodiment of the discontinuous method, at least two drawing devices are provided in order to be able to change the direction in which the workpiece is drawn as quickly as possible. Furthermore, the guide device is designed such that the fibers coming from the at least one fiber coil can be deposited on the workpiece both in one direction and in the other direction.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Pullwinding-Anlagen sind die Faserspulen bezüglich der Strangachse exzentrisch auf einem Karussell angeordnet. Je mehr Faserspulen vorhanden sind und je größer das Faser-Fassungsvermögen der einzelnen Faserspulen ist, umso größer sind die Zentrifugalkräfte, die im Betrieb auf die Anlage wirken. Wie eingangs erwähnt begrenzt dies die Herstellkapazität bekannter Anlagen. Im Gegensatz dazu werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zentrifugalkräfte, die auf die Faserspulen wirken, sowie das Massenträgheitsmoment der Faserspulen signifikant reduziert. Dadurch lassen sich die Herstellkapazität entsprechend steigern sowie die Masse der Anlage verringern.In pull-winding systems known from the prior art, the fiber spools are arranged eccentrically with respect to the strand axis on a carousel. The more fiber spools are present and the greater the fiber capacity of the individual fiber spools, the greater are the centrifugal forces that act on the system during operation. As mentioned above, this limits the production capacity of known systems. In contrast, in the device according to the invention, the centrifugal forces acting on the fiber coils and the mass moment of inertia of the fiber coils are significantly reduced. As a result, the manufacturing capacity can be increased accordingly and reduce the mass of the system.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Gefahr, die von den rotierenden Faserspulen nach dem Stand der Technik ausgeht, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden wird, da sich hier keine Faserspulen während der Rotation aus ihrer Halterung lösen können.Another advantage of the invention is the fact that the danger emanating from the rotating fiber spools according to the prior art is avoided in the device according to the invention, since here no fiber spools can be released from their support during rotation.

Weiterhin lässt sich die Anzahl der Spulen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur geringem Umbauaufwand den geforderten Gegebenheiten anpassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist damit deutlich flexibler einstellbar als bekannte Pullwinding-Anlagen, bei denen die Anzahl der Faserspulen aufgrund der Gestaltung des Karussells festgelegt ist.Furthermore, the number of coils in the device according to the invention can be adapted to the required conditions with only little conversion effort. The device according to the invention is thus much more flexible adjustable than known Pullwinding systems in which the number of fiber coils is determined due to the design of the carousel.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Verweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als Prinzipdarstellungen zu verstehen. Sie stellen keine Beschränkung der Erfindung dar, beispielsweise im Hinblick auf konkrete Abmessungen oder Ausgestaltungsvarianten.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. The drawings are to be understood as schematic representations. They do not represent a limitation of the invention, for example with regard to specific dimensions or design variants.

Es zeigen:Show it:

1: Karussell mit Faserspulen gemäß Stand der Technik 1 : Carousel with fiber spools according to the prior art

2: Ansicht und Längsschnitt eines Karussells gemäß 1 2 : View and longitudinal section of a carousel according to 1

3: Beispiele erfindungsgemäßer Anordnungen von Faserspulen 3 : Examples of arrangements of fiber coils according to the invention

4: Beispiel einer einzelnen erfindungsgemäßen Faserspule 4 Example of a single fiber bobbin according to the invention

5: Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit vier Faserspulen 5 : Example of an arrangement according to the invention with four fiber coils

6: Varianten einer Tränkeinrichtung 6 : Variants of a drinking device

7: Variante einer Tränkeinrichtung 7 : Variant of a drinking device

8: Vergleich der Zentrifugalkräfte 8th : Comparison of centrifugal forces

9: Vergleich der Massenträgheitsmomente 9 : Comparison of moments of inertia

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Faserspulefiber coil
33: Karussellcarousel
55: Faser/FasernFiber / fibers
77: Führungseinrichtungguide means
99: Werkstückworkpiece
1111: Faservorrat auf der FaserspuleFiber supply on the fiber coil
1313: Hohlwellehollow shaft
1515: Lagerbockbearing block
1717: Durchführungexecution
1919: Rahmen für FaserspulenFrame for fiber spools
2121: Umlenkrollen/UmlenkungenDeflection rollers / deflections
2323: Grundkörper der TränkeinrichtungBasic body of the drinking device
2525: Zuleitungsupply
2727: Innenkörper der TränkeinrichtungInner body of the drinking device
2929: TränkrollenTränkrollen
3131: Abstreiferscraper

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Strangprofilen nach dem Pullwinding-Verfahren gemäß dem Stand der Technik. In diesem Beispiel sind zehn Faserspulen 1 jeweils unabhängig voneinander drehbar auf der Stirnfläche eines Karussells 3 angeordnet. Die von den Spulen abgewickelten Fasern 5 werden über eine Führungseinrichtung 7 auf das zu umwickelnde Werkstück 9 gelenkt, das durch eine zentrale Öffnung im Karussell geführt ist. Das Werkstück 9 wird in dieser Darstellung von links nach rechts durch die Anlage gezogen, während das Karussell 3 in der dargestellten Pfeilrichtung angetrieben wird. Das Verhältnis zwischen der axialen Geschwindigkeit des Werkstücks und der Winkelgeschwindigkeit des Karussells bestimmt den Winkel, unter dem die Fasern auf dem Werkstück abgelegt werden. In 1 nicht dargestellt sind die Benetzung der Fasern, z. B. durch eine Tränkeinrichtung, sowie weitere Bestandteile der Anlage. 1 shows a section of a plant for the production of fiber-reinforced extruded profiles by the pull-winding method according to the prior art. In this example, there are ten fiber spools 1 each independently rotatable on the end face of a carousel 3 arranged. The fibers unwound from the coils 5 be about a leadership facility 7 on the workpiece to be wrapped 9 steered, which is guided through a central opening in the carousel. The workpiece 9 is drawn in this illustration from left to right through the plant while the carousel 3 is driven in the illustrated arrow direction. The ratio between the axial velocity of the workpiece and the angular velocity of the carousel determines the angle at which the fibers are deposited on the workpiece. In 1 not shown are the wetting of the fibers, for. B. by a watering device, as well as other components of the system.

In 2 sind eine Draufsicht auf das Karussell sowie ein Längsschnitt dargestellt, wobei der Übersichtlichkeit halber nur eine Faserspule abgebildet ist.In 2 are shown a plan view of the carousel and a longitudinal section, wherein for the sake of clarity, only one fiber coil is shown.

3 zeigt beispielhaft zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fertigung von faserverstärkten Strangprofilen. In beiden Fällen umfasst die Vorrichtung eine Zieheinrichtung zum Ziehen eines strangförmigen Werkstückes 9 durch die Vorrichtung in der durch die Pfeile angezeigten Richtung. Die Zieheinrichtung selbst ist in 3 nicht dargestellt. Weiterhin umfassen beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in diesem Beispiel jeweils zehn Faserspulen 1, die um die Strangachse drehbar angeordnet sind. Im oben dargestellten Beispiel handelt es sich um schmale Faserspulen 1 mit großem Durchmesser, im unten dargestellten Beispiel um breite Faserspulen 1 mit kleinem Durchmesser. Die Faserspulen 1 rotieren in der durch die Pfeile angezeigten Richtung um die Strangachse, wobei die auf den Faserspulen befindlichen Fasern 5 abgewickelt werden. Die Fasern 5 werden zu einer um die Strangachse drehbar angeordnete Führungseinrichtung 7 geführt, die die Fasern 5 auf das Werkstück 9 lenkt und dort ablegt. Im oben in 3 dargestellten Beispiel umfasst die Führungseinrichtung 7 zwei konzentrische Ringe, über die die Fasern 5 von den Faserspulen kommend zunächst von außen nach innen und dann wieder nach außen umgelenkt werden. Im unten dargestellten Beispiel umfasst die Führungseinrichtung 7 nur einen Ring. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen wird das zu umwickelnde Werkstück 9 durch Durchgangsbohrungen in den Spulenkernen der Faserspulen 1 geführt. 3 shows by way of example two embodiments of the device according to the invention for the production of fiber-reinforced extruded profiles. In both cases, the device comprises a pulling device for pulling a strand-shaped workpiece 9 through the device in the direction indicated by the arrows. The pulling device itself is in 3 not shown. Furthermore, both embodiments of the device according to the invention in this example each comprise ten fiber coils 1 which are arranged rotatably about the strand axis. The example above shows narrow fiber coils 1 with large diameter, in the example below by wide fiber coils 1 with a small diameter. The fiber coils 1 rotate in the direction indicated by the arrows about the strand axis, wherein the fibers located on the fiber spools 5 be handled. The fibers 5 become to one about the strand axis rotatably arranged guide means 7 led the fibers 5 on the workpiece 9 steers and drops there. In the above in 3 illustrated example includes the guide device 7 two concentric rings over which the fibers 5 coming from the fiber coils first from outside to inside and then redirected to the outside. In the example below, the guide device comprises 7 only one ring. In contrast to the systems known from the prior art, the workpiece to be wrapped becomes 9 through through holes in the coil cores of the fiber coils 1 guided.

In 4 ist ein Beispiel einer Ausführungsform einer Faserspule in der Draufsicht (links) und im Längsschnitt (rechts) dargestellt. Die Faserspule 1 ist auf einer antreibbaren Hohlwelle 13 angeordnet, durch die das Werkstück 9 geführt ist. Neben der Faserspule 1 mit dem Spulenkern befindet sich eine Führungseinrichtung 7, die die vom Spulenvorrat 11 abgewickelte Faser 5 über eine Öffnung auf das Werkstück 9 lenktIn 4 FIG. 3 shows an example of an embodiment of a fiber coil in plan view (left) and in longitudinal section (right). The fiber coil 1 is on a drivable hollow shaft 13 arranged through which the workpiece 9 is guided. Next to the fiber coil 1 with the coil core is a guide device 7 that from the bobbin stock 11 unwound fiber 5 via an opening on the workpiece 9 directs

In 5 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit vier Faserspulen 1 wiedergegeben. Eine Hohlwelle 13, durch die das Werkstück 9 in Pfeilrichtung gezogen wird, ist in einem Lagerbock 15 drehbar gelagert. Auf der Hohlwelle ist ein Rahmen 19 für Faserspulen 1 angeordnet und fest mit der Hohlwelle 13 verbunden. Innerhalb des Rahmens 19 sind vier Faserspulen 1 angeordnet, die einzeln relativ zur Hohlwelle 13 drehbar sind. Die von den jeweiligen sich auf den Faserspulen befindlichen Faservorräten 11 kommenden Fasern 5 werden über Umlenkrollen 21 geführt, die ortsfest an dem Rahmen 19 angebracht sind. In der bezüglich der Ziehrichtung des Werkstücks austrittsseitigen Stirnseite der Hohlwellenlagerung sind Durchführungen 17 vorhanden, durch die die Fasern 5 von den Faserspulen kommend zur – nicht dargestellten – Führungseinrichtung und über diese auf das Werkstück gelenkt werden.In 5 is an example of an arrangement according to the invention with four fiber coils 1 played. A hollow shaft 13 through which the workpiece 9 is pulled in the direction of the arrow, is in a bearing block 15 rotatably mounted. On the hollow shaft is a frame 19 for fiber coils 1 arranged and fixed to the hollow shaft 13 connected. Within the frame 19 are four fiber coils 1 arranged individually relative to the hollow shaft 13 are rotatable. The of the respective located on the fiber spools fiber supplies 11 coming fibers 5 be over pulleys 21 guided, fixed to the frame 19 are attached. In the respect to the drawing direction of the workpiece outlet side end face of the hollow shaft bearing are bushings 17 present through which the fibers 5 coming from the fiber spools to - not shown - guide device and are directed over this on the workpiece.

Als Faserspulen können neben den auf Spulenkerne gewickelten Spulen auch kernlose Spulen auf nachträglich eingebrachten hohlen Spannkernen verwendet werden.In addition to the coils wound on coil cores, coreless coils can also be used on subsequently introduced hollow chip cores as fiber coils.

Bei den oben geschilderten beispielhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Fasern nach außen von den Faserspulen abgewickelt, die Faserspulen haben also einen sogenannten Außenabzug. Von der Erfindung umfasst sind allerdings auch Vorrichtungen mit Faserspulen mit Innenabzug, bei denen die Faser nach innen, zum Mittelpunkt der Faserspule hin abgewickelt wird. In bevorzugten Ausführungsformen dieser Art sind auf der Hohlwelle oder um die Hohlwelle herum Spannelemente, z. B. Spannbacken oder Spannrollen, angebracht, die von der Hohlwelle weg in Richtung auf die Innenseite der Faserspule drücken. Dadurch wird sichergestellt, dass die Fasern in aufgewickeltem Zustand verbleiben und nicht zur Mitte in Richtung der Hohlwelle fallen. Zudem wird dadurch eine erwünschte Faserspannung erreicht. Mit dem Abwickeln der Fasern vergrößert sich der Innendurchmesser der verbleibenden Faserwicklung in den Spulen. Die Spannelemente sind derart ausgelegt, dass sie sich der Veränderung des Durchmessers anpassen und entsprechend weiter nach außen drücken. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Spannelemente mittels Federn gegen die Hohlwelle abgestützt sind. Die Faserspulen sind auch in dieser Ausführungsform gegenüber der Hohlwelle drehbar angeordnet, vorzugsweise dadurch, dass die Spannelemente über ein Lager gegen die Hohlwelle abgestützt sind, z. B. ein Gleitlager, Rollen- oder Kugellager.In the above-described exemplary embodiments of the device according to the invention, the fibers are unwound outwardly from the fiber bobbins, so the fiber bobbins have a so-called external print. However, the invention also includes devices with inner-takeoff fiber spools in which the fiber is unwound inwardly towards the center of the fiber bobbin. In preferred embodiments of this type are on the hollow shaft or around the hollow shaft around clamping elements, for. As jaws or idlers, mounted, which press away from the hollow shaft in the direction of the inside of the fiber coil. This ensures that the fibers remain in the wound state and do not fall to the center in the direction of the hollow shaft. In addition, this achieves a desired fiber tension. With the unwinding of the fibers, the inner diameter of the remaining fiber winding in the coils increases. The clamping elements are designed so that they adapt to the change in diameter and press accordingly further outward. This can for example be achieved in that the clamping elements are supported by means of springs against the hollow shaft. The fiber coils are rotatably arranged in this embodiment relative to the hollow shaft, preferably in that the clamping elements are supported via a bearing against the hollow shaft, for. B. a plain bearing, roller or ball bearings.

6 zeigt zwei Varianten einer bevorzugten Ausführungsform einer Tränkeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung jeweils im Längsschnitt. Die Tränkeinrichtung ist zwischen den nicht dargestellten Faserspulen und Führungseinrichtung angeordnet. Die von den Faserspulen kommenden Fasern 5 werden also getränkt, bevor sie über die Führungseinrichtung auf das Werkstück gelenkt werden. Beide Varianten der Tränkeinrichtung umfassen einen äußeren Grundkörper 23 sowie einen Innenkörper 27, der gegenüber dem Grundkörper drehbar ist. 6 shows two variants of a preferred embodiment of a drinking device of the device according to the invention in each case in longitudinal section. The watering device is arranged between the fiber spools and guide means, not shown. The fibers coming from the fiber coils 5 So they are soaked before being directed over the guide device on the workpiece. Both variants of the drinking device comprise an outer body 23 as well as an inner body 27 which is rotatable relative to the base body.

Bevorzugt ist der Innenkörper 27 mit der Hohlwelle verbunden, sodass er sich mit dieser dreht. In der rechts dargestellten Variante ist der Grundkörper 23 ortsfest, wohingegen in der links dargestellten Variante auch der Grundkörper 23 drehbar gelagert ist. Im Längsprofil weist der Grundkörper 23 an den Stirnseiten einen kleineren Innenquerschnitt auf als in der Mitte. Wie in den Zeichnungen schematisch angedeutet, ist das Längsprofil des Grundkörpers 23 der Größe und Form des Innenkörpers 27 angepasst, sodass sich zwischen dem Grundkörper und dem Innenkörper ein Spalt ergibt. Über eine Zuleitung 25 wird in beiden Fällen ein Tränkmittel in die Tränkeinrichtung eingebracht, vorzugsweise in den Spalt zwischen Grundkörper und Innenkörper.The inner body is preferred 27 connected to the hollow shaft so that it rotates with this. In the variant shown on the right is the main body 23 stationary, whereas in the variant shown on the left also the main body 23 is rotatably mounted. In the longitudinal profile, the base body 23 on the front side a smaller inner cross section than in the middle. As indicated schematically in the drawings, the longitudinal profile of the base body 23 the size and shape of the inner body 27 adjusted so that there is a gap between the main body and the inner body. Via a supply line 25 In both cases, an impregnating agent is introduced into the drinking device, preferably into the gap between the main body and the inner body.

Die Fasern 5 werden über erste Umlenkungen 21a auf den Innenkörper 27, durch den Spalt und weiter zur Führungseinrichtung geführt. Die austrittsseitige Umlenkung kann beispielsweise wie in der links dargestellten Variante durch eine entsprechende Formgebung des Grundkörpers 23 erfolgen oder wie in der rechts dargestellten Variante über zweite Umlenkungen 21b. Aufgrund der rotatorischen Bewegung des Innenkörpers 27 bildet sich nach Zuleitung des Tränkmittels in dem Spalt ein Tränkmittelfilm, der vorzugsweise die gesamte Mantelfläche des Innenkörpers benetzt. Da die Fasern 5 direkt über diese Mantelfläche geführt sind, nehmen die Fasern auf ihrem Weg durch die Tränkeinrichtung Tränkmittel auf.The fibers 5 Be about first deflections 21a on the inner body 27 , passed through the gap and on to the guide device. The exit-side deflection can, for example, as in the variant shown on the left by a corresponding shaping of the body 23 take place or as in the variant shown on the right about second deflections 21b , Due to the rotational movement of the inner body 27 forms after impregnation of the impregnating agent in the gap an impregnant film, which preferably wets the entire surface of the inner body. Because the fibers 5 are guided directly over this lateral surface, absorb the fibers on their way through the drinking water impregnation.

7 zeigt eine weitere Variante einer bevorzugten Ausführungsform einer Tränkeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in jeweils teilgeschnittener Längsansicht (links) und Draufsicht (rechts). Wie die Tränkeinrichtungen gemäß 6 ist auch die in 7 dargestellte Tränkeinrichtung zwischen den nicht dargestellten Faserspulen und Führungseinrichtung angeordnet. Auf der Hohlwelle 13, durch die das Werkstück 9 geführt ist, sind Tränkrollen 29 befestigt, deren Drehachse senkrecht zur Strangachse verläuft. Um die Hohlwelle 13 mit den Tränkrollen 29 herum ist ein feststehender Grundkörper 23 der Tränkeinrichtung angeordnet. Im Längsprofil weist der Grundkörper 23 an den Stirnseiten einen kleineren Innenquerschnitt auf als in der Mitte. Wie im Längsschnitt (links) erkennbar, ist das Längsprofil des Grundkörpers 23 der Größe und Form der Tränkrollen 29 angepasst, sodass sich zwischen dem Grundkörper und den Tränkrollen ein Spalt ergibt, der vorzugsweise gleichmäßig ausgebildet ist. In diesen Spalt wird über eine im Grundkörper vorhandene Zuleitung 25 Tränkmittel eingebracht. 7 shows a further variant of a preferred embodiment of a drinking device of the device according to the invention in each case partially sectioned longitudinal view (left) and plan view (right). Like the drinking facilities according to 6 is also the in 7 illustrated drinking device between the fiber spools, not shown, and guide means arranged. On the hollow shaft 13 through which the workpiece 9 is guided, are showers 29 attached, whose axis of rotation is perpendicular to the strand axis. To the hollow shaft 13 with the weeping wheels 29 around is a fixed body 23 arranged the watering device. In the longitudinal profile, the base body 23 on the front side a smaller inner cross section than in the middle. As can be seen in the longitudinal section (left), the longitudinal profile of the body is 23 the size and shape of the tears 29 adapted, so that there is a gap between the body and the troughs, which is preferably uniform. In this gap is over an existing in the main body supply line 25 Impregnating agent introduced.

Die Fasern 5 werden über erste Umlenkungen 21a auf die Tränkrollen 29 und von dort über zweite Umlenkungen 21b zur Führungseinrichtung geführt. Die Umlenkungen bewirken eine Faserspannung, die ihrerseits eine Drehung der Tränkrollen 29 verursacht. Die Tränkrollen müssen daher nicht aktiv angetrieben werden. In Drehrichtung der Tränkrollen befinden sich am Austritt des Spaltes, der zwischen Tränkrollen und Innenoberfläche des Grundkörpers 23 gebildet ist, Abstreifer 31. Zur Benetzung der Fasern mit dem Tränkmittel wird dieses über die Zuleitung 25 in den Spalt eingebracht. Da sich die Tränkrollen mit der Hohlwelle 13 mitdrehen, bildet sich aufgrund der Fliehkräfte ein Tränkmittelfilm innerhalb des Spaltes zum Grundkörper. Die Tränkrollen nehmen aus diesem Film Tränkmittel auf und transportieren es in Richtung des Spaltaustritts. Dort sorgen die Abstreifer 31 für eine gleichmäßige Belegung der Tränkrollen mit dem Tränkmittel, das anschließend auf die über die Rollen geführten Fasern 5 übertragen wird.The fibers 5 Be about first deflections 21a on the weeping wheels 29 and from there over second diversions 21b led to the leadership institution. The deflections cause a fiber tension, which in turn causes a rotation of the troughs 29 caused. Therefore, the trough rollers do not have to be actively driven. In the direction of rotation of the troughs are located at the outlet of the gap between the troughs and inner surface of the body 23 is formed, scraper 31 , For wetting the fibers with the impregnating agent this is via the supply line 25 introduced into the gap. As the troughs with the hollow shaft 13 rotate, forming an impregnant film within the gap to the body due to the centrifugal forces. The trough rollers absorb impregnating agent from this film and transport it in the direction of the gap. There the scrapers provide 31 for a uniform occupation of the impregnating rollers with the impregnating agent, which is then applied to the fibers guided over the rollers 5 is transmitted.

Die 8 und 9 verdeutlichen die Vorteile, die die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber bekannten Pullwinding-Anlagen mit einem Karussell an Faserspulen aufweisen. In 8 ist die Zentripetalbeschleunigung (normiert auf die Erdbeschleunigung) über die Drehzahl für unterschiedliche Konfigurationen an Faserspulen aufgetragen. Die Zahlenangabe auf der Ordinatenachse entspricht also dem jeweiligen Vielfachen der Erdbeschleunigung. Bei bekannten Pullwinding-Anlagen steigt die Zentrifugalkraft mit zunehmender Anzahl an Faserspulen und mit zunehmender Drehzahl stark an. Das ist darin begründet, dass die Faserspulen auf den Karussellen bezüglich der Strangachse exzentrisch angeordnet sind, und die Zentripetalbeschleunigung maßgeblich vom Abstand der Massepunkte zur Drehachse abhängt.The 8th and 9 illustrate the advantages that have the device of the invention over known pull-winding systems with a carousel of fiber coils. In 8th The centripetal acceleration (normalized to gravitational acceleration) is plotted against the speed for different configurations of fiber coils. The number on the ordinate axis thus corresponds to the respective multiple of the acceleration due to gravity. In known pull-winding systems, the centrifugal force increases sharply with increasing number of fiber coils and with increasing speed. This is due to the fact that the fiber coils are arranged eccentrically on the carousels with respect to the strand axis, and the Zentripetalbeschleunigung significantly depends on the distance of the mass points to the axis of rotation.

Die dargestellten Werte ergeben sich für folgende Konfiguration: Standard-Glasfaserspulen mit einem Spulenaußendurchmesser von 30 cm sind gleichmäßig und so eng wie möglich auf einer Kreisbahn auf einem Karussell verteilt angeordnet, und zwar in der jeweils grafisch angegebenen Anzahl von 1, 2, 4, 6 und 8 Faserspulen. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich ein Radius R dieser Kreisbahn, der im Zusammenspiel mit der Rotationsfrequenz (Anzahl an Umdrehungen) n die Zentripetalbeschleunigung nach folgender Formel bestimmt: a_zp = 4·π²·n²·R The values shown are for the following configuration: Standard glass fiber spools with a coil outer diameter of 30 cm are arranged evenly and as narrowly as possible on a circular path on a carousel, in the graphically indicated number of 1, 2, 4, 6 and 8 fiber coils. Because of this arrangement, a radius R of this circular path is obtained which, in conjunction with the rotation frequency (number of revolutions) n, determines the centripetal acceleration according to the following formula: a _zp = 4 · π ² · n ² · R

Normiert auf die Erdbeschleunigung ergibt sich beispielsweise für eine Anordnung mit sechs Faserspulen (zweite Kurve von oben) bei einer Rotationsfrequenz von 4 Umdrehungen pro Sekunde eine ca. 19-fache Erdbeschleunigung.Normalized to the gravitational acceleration, for example, for an arrangement with six fiber coils (second curve from above) at a rotation frequency of 4 revolutions per second results in an approximately 19-fold acceleration of gravity.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen ist die Zentripetalbeschleunigung gleich null, unabhängig von der Anzahl der koaxial hintereinander angeordneten Faserspulen.In contrast, in a device according to the invention, the centripetal acceleration is equal to zero, irrespective of the number of fiber coils arranged coaxially behind one another.

9 zeigt einen Vergleich der Massenträgheitsmomente, die sich bei einer Rotation der Faserspulen um die Strangachse einstellen. Die schraffierten Blöcke geben die Werte für die erfindungsgemäße Vorrichtung wieder, die grauen Blöcke die Werte für aus dem Stand der Technik bekannte Karussell-Vorrichtungen, jeweils bei gleicher Anzahl an Faserspulen. Die auf der Ordinatenachse angegebenen Zahlenwerte beziehen sich auf Anordnungen mit Faserspulen mit einem Spulenaußendurchmesser von 30 cm und einer Masse von 30 kg pro Faserspule. Je höher die Anzahl an Faserspulen und damit der Herstellkapazität der Anlage, umso deutlicher fällt der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus. 9 shows a comparison of the mass moment of inertia, which set at a rotation of the fiber coils around the strand axis. The hatched blocks represent the values for the device according to the invention, the gray blocks the values for carousel devices known from the prior art, each with the same number of fiber coils. The numerical values given on the ordinate axis refer to arrangements with fiber coils having a coil outer diameter of 30 cm and a mass of 30 kg per fiber coil. The higher the number of fiber coils and thus the manufacturing capacity of the system, the more obvious is the advantage of the device according to the invention.

Claims

Device for producing fiber-reinforced extruded profiles comprising a drawing device for drawing a strand-shaped workpiece ( 9 ) by the device, at least one fiber coil rotatably arranged about the strand axis ( 1 ), which has a coil core around which a fiber ( 5 ), the fiber being provided on the surface of the workpiece ( 9 ) and at least one guide device rotatably arranged about the strand axis ( 7 ), that of the fiber coil ( 1 ) unwound fiber ( 5 ) on the workpiece ( 9 ), characterized in that the coil core of the fiber coil ( 1 ) has a through hole through which the workpiece ( 9 ) is guided.

Device according to claim 1, wherein at least two fiber coils ( 1 ) are arranged with through holes along the strand axis one behind the other, and wherein a deflection device ( 21 ) is present, over which the of the respective fiber coils ( 1 ) unwound fibers ( 5 ) to the management body ( 7 ) are guided.

Device according to claim 1 or 2, wherein the at least one fiber coil ( 1 ) or several fiber coils ( 1 ) on a drivable hollow shaft ( 13 ) are arranged, and the workpiece ( 9 ) through the hollow shaft ( 13 ) is guided.

Apparatus according to claim 3, wherein inside the hollow shaft ( 13 ) is a protective tube through which the workpiece ( 9 ) is guided.

Apparatus according to claim 3 or 4, wherein the guide device ( 7 ) fixed to the hollow shaft ( 13 ) is connected, so that upon rotation of the hollow shaft ( 13 ) the angular velocity of the guide device ( 7 ) of the hollow shaft ( 13 ) corresponds.

Device according to one of claims 1 to 5, wherein between the at least one fiber coil ( 1 ) and the management body ( 7 ) is arranged around the strand axis rotatable watering means, comprising means for guiding the fibers through the watering means and means for wetting the fibers with a liquid.

Strand winding system comprising at least two devices according to one of claims 1 to 6, which are arranged modularly one behind the other, so that an emerging from the first device strand-shaped workpiece is passed through the second device, and wherein the strand winding system has at least one pulling device for pulling a strand-like workpiece.

A strand winding system according to claim 7, wherein successive devices are arranged such that the direction of rotation of the respective guide means and / or the relationship between angular velocity and axial velocity of the workpiece are different.

A strand winding plant according to claim 8, wherein at least one deflection device is arranged between two devices which deflects the workpiece emerging from the first device so that the strand axis of the second device is not parallel to the strand axis of the first device.

Process for producing fiber-reinforced extruded profiles, in which a strand-shaped workpiece ( 9 ) is pulled through a device by means of a pulling device, at least one fiber ( 5 ) from the spool core at least one rotatable about the strand axis fiber coil ( 1 ) and from the fiber coil ( 1 ) via at least one guide device arranged rotatable about the strand axis ( 7 ) on the workpiece ( 9 ) and deposited on the workpiece, wherein the workpiece through a through hole in the coil core of the at least one fiber coil ( 1 ) to be led.