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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Injektionsbox für eine Pultrusionsanlage, wobei die Injektionsbox umfasst:
- - ein Gehäuse mit wenigstens einer Faserzuführöffnung zum Zuführen von Fasern, insbesondere Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern;
- - einen an dem Gehäuse vorgesehenen Injektionsanschluss zum Injizieren eines flüssigen Matrixmaterials; und
- - eine Ausgabeöffnung zum Ausgeben der mit dem Matrixmaterial getränkten Fasern an ein Aushärtewerkzeug.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Pultrusionsanlage mit einer derartigen Injektionsbox sowie ein faserverstärktes Kunststoffprofil, insbesondere Kunststoffstab, das mittels einer solchen Pultrusionsanlage hergestellt ist.
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Faserverstärkte Kunststoffprofile in Form von langgestreckten Stäben werden als Bewehrung beim Bau verwendet. Hierbei werden bspw. Glasfasern eingesetzt, die mit einem Vinylesterharz gebunden sind. Sie bieten im Vergleich zu herkömmlichen Bewehrungsstäben aus Stahl nicht nur den Vorteil eines deutlich geringeren Gewichts, sondern sie sind - im Gegensatz zu Stahl - auch korrosionsbeständig und können daher in chemisch aggressiven Umgebungen eingesetzt werden. Ferner sind Glasfasern - anders als Stahl - elektrisch nicht leitend und unmagnetisch, so dass entsprechende Bewehrungsstäbe für den Bau von Einhausungen und Fundamenten von Hochenergie-Anlagen geeignet sind, z. B. Schaltanlagen, Stahlhütten, Aluschmelzen, Umspannwerken etc.
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Solche faserverstärkten Kunststoffstäbe können in unterschiedlichen Längen, auch endlos, durch Pultrusion hergestellt werden.
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Pultrusion oder Strangziehen ist ein seit mehreren Jahrzehnten bekanntes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung endloser, faserverstärkter Kunststoffprofile mit gleichbleibendem Querschnitt. Hierbei werden Fasern, die zu Bündeln zusammengefasst sind, sogenannten Rovings, mit einem duroplastischen oder thermoplastischen Matrixmaterial, bspw. Polyurethan oder Epoxidharz, getränkt und anschließend in einem Aushärtewerkzeug zu einem faserverstärkten Kunststoffprofil ausgehärtet, meist durch eine Wärmebehandlung. Bei den Fasern kann es sich insbesondere um Glas-, Kohlenstoff-, Basalt- oder Aramidfasern handeln.
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Bei den gängigsten Pultrusionsanlagen werden die Rovings mittels einer Zieheinheit, einem sogenannten Puller, über Umlenkrollen durch ein offenes Tränkebad gezogen, das mit flüssigem Matrixmaterial gefüllt ist. Im Anschluss an das offene Tränkebad treten die durchtränkten Rovings in das Aushärtewerkzeug ein, das üblicherweise eine oder mehrere Wärmekammern umfasst. Derartige Pultrusionsanlagen mit einem Tränkebad werden zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffprofile mit unterschiedlichen Querschnitten und insbesondere auch zur Herstellung der erwähnten langgestreckten Bewehrungsstäbe eingesetzt.
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Zur Erzielung eines größeren Durchsatzes sind seit wenigen Jahren grundsätzlich auch Pultrusionsanlagen bekannt, bei denen die Rovings ohne Umlenkung durch eine Injektionsbox gezogen werden. Diese umfasst herkömmlich ein Gehäuse mit wenigstens einer schlitzförmigen Faserzuführöffnung zum Zuführen der Fasern an einem in Bewegungsrichtung der Fasern vorderen Ende des Gehäuses, sowie einen an dem Gehäuse vorgesehenen Injektionsanschluss zum Injizieren eines flüssigen Matrixmaterials in das Innere der Injektionsbox. Während die Fasern von der Zieheinheit durch die Injektionsbox gezogen werden, werden sie dort mit dem unter Druck stehenden flüssigen Matrixmaterial durchtränkt. Die durchtränkten Faserabschnitte verlassen die Injektionsbox durch eine schlitzförmige Ausgabeöffnung an einem in Bewegungsrichtung der Fasern hinteren Ende des Gehäuses, um anschließend in das Aushärtewerkzeug einzutreten.
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Pultrusionsanlagen mit Injektionsbox werden bislang im Wesentlichen zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffprofilen eingesetzt, die aus einem oder mehreren plattenförmigen Abschnitten zusammengesetzt sind. Dies ist auf die bisher verfügbaren Geometrien der Injektionsboxen zurückzuführen, insbesondere ihre schlitzförmigen Zufuhr- und Ausgabeöffnungen. Eine Herstellung von stabförmigen Kunststoffprofilen ist mit derartigen Pultrusionsanlagen bislang nicht möglich.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Injektionsbox für eine Pultrusionsanlage vorzuschlagen, die auch die Herstellung von Stäben ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Injektionsbox für eine Pultrusionsanlage dadurch gelöst, dass die Ausgabeöffnung einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist. Die durchtränkten Faserabschnitte verlassen die Injektionsbox dann in Form eines Endlosstrangs mit kreisrundem Querschnitt, der im anschließenden Aushärtewerkzeug zu einem Endlosstab ausgehärtet werden kann. Mit einer üblichen Säge, insbesondere einer sogenannten fliegenden Säge, kann dieser dann in Stäbe mit der gewünschten Länge zugeschnitten werden.
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Die Ausgabeöffnung kann direkt am Gehäuse oder an einem mit dem Gehäuse verbindbaren Kalibrierungsaufsatz vorgesehen sein. Im erstgenannten Fall ist die Ausgabeöffnung gleichsam ein kreisrundes Loch an dem, bezogen auf die Bewegungsrichtung der Fasern, stromabwärtigen hinteren Ende der Injektionsbox. Im letztgenannten Fall wird ein spezieller Kalibrierungsaufsatz mit dem Gehäuse der Injektionsbox am stromabwärtigen Ende verbunden, bspw. durch Verschrauben. Die mit Matrixmaterial durchtränkten Fasern verlassen das Gehäuse der Injektionsbox dann im Bereich der Verbindungsstelle, treten dort in den angeschraubten Kalibrierungsaufsatz als hintersten Teil der Injektionsbox ein und verlassen diesen durch seine kreisrunde Ausgabeöffnung. Der besondere Vorteil dieser Gestaltung liegt darin, dass mit Hilfe eines Satzes von mehreren Kalibrierungsaufsätzen mit unterschiedlich großen Ausgabeöffnungen, die bspw. alle in das gleiche Gewinde am stromabwärtigen Ende des Gehäuses der Injektionsbox geschraubt werden können, unterschiedliche Durchmesser der herzustellenden Stäbe realisiert werden können.
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Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Injektionsbox vorgesehen, dass auch die Faserzuführöffnung einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist. Dies erleichtert die gleichmäßige Führung der Fasern in der Kavität innerhalb der Injektionsbox in Richtung der im Wesentlichen kreisrunden Ausgabeöffnung.
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Wenn hierbei außerdem der Durchmesser der Faserzuführöffnung größer als der Durchmesser der Ausgabeöffnung ist, wird sichergestellt, dass die Fasern während der Durchtränkung mit Matrixmaterial in der Kavität der Injektionsbox gleichzeitig in radialer Richtung zusammengepresst werden, was die Festigkeit des herzustellenden Stabes verbessert.
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Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Injektionsbox kann vorgesehen sein, dass ein Querschnitt einer Kavität in dem Gehäuse der Injektionsbox von der Faserzuführöffnung zur Ausgabeöffnung im Wesentlichen kontinuierlich abnimmt. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung und Erleichterung der gleichmäßigen Führung der Fasern in der Kavität.
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Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass ein Querschnitt einer Kavität in dem Gehäuse der Injektionsbox von der Faserzuführöffnung bis zu einer Zwischenposition im Gehäuse zunimmt, und von der Zwischenposition zur Ausgabeöffnung abnimmt, wobei dann vorteilhafterweise die Zwischenposition der Position des Injektionsanschlusses entsprechen sollte. Eine derartige Gestaltung verbessert die Versorgung der Kavität im Inneren der Injektionsbox mit Matrixmaterial, insbesondere bei hohen Durchsätzen.
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In einfachen Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße Injektionsbox eine einzige Kavität, es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, dass in dem Gehäuse der Injektionsbox im Wesentlichen orthogonal zur Bewegungsrichtung der Fasern eine erste Mehrzahl von Kavitäten vorgesehen ist. Dies erhöht den Durchsatz der gesamten Pultrusionsanlage, in der eine solche erfindungsgemäße Injektionsbox installiert ist, da mehrere Endlosstränge von durchtränkten Fasern, je nach Anordnung der mehreren Kavitäten übereinander oder nebeneinander, gleichzeitig hergestellt werden können, die anschließend in einem gemeinsamen Aushärtewerkzeug oder in mehreren Aushärtewerkzeugen, die ebenfalls übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, zu Stäben ausgehärtet werden.
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Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Injektionsbox können die mehreren Kavitäten über einen einzigen Injektionsanschluss mit Matrixmaterial versorgt werden. Hierzu müssen die mehreren Kavitäten miteinander verbunden sein, so dass das flüssige Matrixmaterial von dem einzigen Injektionsanschluss in alle Kavitäten strömen kann. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass an dem Gehäuse eine zweite Mehrzahl von Injektionsanschlüssen vorgesehen ist, wobei dann zweckmäßigerweise die erste Mehrzahl gleich der zweiten Mehrzahl ist, so dass jeder Kavität ein Injektionsanschluss zugeordnet ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Versorgung aller Kavitäten mit Matrixmaterial gewährleistet, wobei alle Injektionsanschlüsse aus einem gemeinsamen Matrixmaterialtank versorgt werden können.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Pultrusionsanlage zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffstäbe, die eine Injektionsbox wie vorstehend beschrieben umfasst.
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In einer für die Herstellung von Bewehrungsstäben besonders zweckmäßigen Ausführungsform umfasst eine derartige Pultrusionsanlage ferner eine Umwicklungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Umwicklungsfasern und/oder ein Umwicklungsband auf die mit dem Matrixmaterial getränkten Fasern nach ihrem Austritt aus der Ausgabeöffnung der Injektionsbox zu wickeln. Auf diese Weise wird auf die äußere Oberfläche der faserverstärkten Kunststoffstäbe eine zusätzliche Struktur aufgebracht, die die Oberfläche der Stäbe vergrößert. Somit wird eine größere Kontaktfläche zur Verbindung mit dem zu bewehrenden Beton geschaffen, um die Ausreißmomente aus dem Beton zu erhöhen.
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Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage ist die Umwicklungsvorrichtung zweckmäßigerweise in Bewegungsrichtung der Fasern vor dem Aushärtewerkzeug angeordnet. Somit werden die Umwicklungsfasern und/oder das Umwicklungsband auf die noch feuchten, von Matrixmaterial durchtränkten Fasern gewickelt, so dass sie sich ebenfalls mit Matrixmaterial vollsaugen können und im anschließenden Aushärtewerkzeug eine feste Verbindung mit dem faserverstärkten Kunststoffprofil eingehen, auf das sie gewickelt wurden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Umwicklungsvorrichtung dazu ausgelegt, wenigstens eine Spule mit Umwicklungsfasern aufzunehmen, wobei die Umwicklungsfasern vorzugsweise als verdrillter Roving vorgesehen sind. Durch das Umwickeln der Kunststoffsstäbe mit einem verdrillten Roving wird sichergestellt, dass die vergrößerte Kontaktfläche, an der der zu bewehrende Beton angreifen soll, eine besonders hohe Festigkeit aufweist, um die Ausreissmomente aus dem Beton dauerhaft zu erhöhen.
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Um die Anzahl der benötigten Ausgangsmaterialien möglichst gering zu halten, sind die Umwicklungsfasern und die mit dem Matrixmaterial getränkten Fasern zweckmäßigerweise aus dem gleichen Fasermaterial hergestellt.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage ist die Umwicklungsvorrichtung dazu ausgelegt, verschiedene Arten von Umwicklungsfasern nebeneinander auf die mit dem Matrixmaterial getränkten Fasern nach ihrem Austritt aus der Ausgabeöffnung der Injektionsbox zu wickeln. Die verschiedenen Arten können sich je nach genauem Verwendungszweck des herzustellenden Bewehrungsstabs und des zu bewehrenden Betons hinsichtlich ihres Materials und/oder hinsichtlich des Durchmessers des jeweiligen Rovings und/oder hinsichtlich weiterer Eigenschaften unterscheiden.
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Grundsätzlich kann die Umwicklungsvorrichtung wenigstens einen Dreharm umfassen, der zur Drehung um eine Drehachse antreibbar ist, die durch die Ausgabeöffnung der Injektionsbox und im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der mit dem Matrixmaterial getränkten Fasern verläuft. Insbesondere bei Ausführungsformen, die zum Aufwickeln verschiedener Arten von Umwicklungsfasern nebeneinander bzw. zum Aufwickeln von Umwicklungsfasern und von Umwicklungsband neben oder auf die Umwicklungsfasern ausgelegt sind, kann die Umwicklungsvorrichtung mehrere Dreharme umfassen.
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In einer Weiterentwicklung kann die erfindungsgemäße Pultrusionsanlage ferner eine in Bewegungsrichtung der Fasern vor der Faserzuführöffnung angeordnete Vorformeinheit umfassen, die dazu ausgelegt ist, flüssiges Matrixmaterial auf die Fasern vor ihrem Eintritt in die Injektionsbox aufzubringen. Hierdurch lässt sich eine besonders gleichmäßige Benetzung der Faserrovings erzielen, die im Bereich der Vorformeinheit noch voneinander beabstandet sind und daher aus allen radialen Richtungen von Matrixmaterial erreicht werden können, bevor sie nach Eintritt in die Injektionsbox zusammengepresst werden.
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Hierbei kann die Vorformeinheit dazu ausgelegt sein, das flüssige Matrixmaterial drucklos oder unter Druck auf die Fasern aufzubringen. Bei einem drucklosen Aufbringen kann das Matrixmaterial bspw. auf die Faserrovings aufgetropft werden. Eine Druck-Aufbringung erfordert eine Vorformeinheit, die mit Ausnahme der Öffnungen zum Ein- und Austritt der Faserrovings im Wesentlichen geschlossen ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein faserverstärktes Kunststoffprofil, insbesondere Kunststoffstab, das durch Pultrusion unter Verwendung einer Pultrusionsanlage wie vorstehend beschrieben hergestellt ist.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren als nicht einschränkende Beispiele erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 eine herkömmliche Injektionsbox als Teil einer in einer schematischen Seitenansicht gezeigten Pultrusionsanlage des Stands der Technik;
- 2 a-d schematische Querschnittsansichten von vier erfindungsgemäßen Injektionsboxen mit unterschiedlich gestalteten Kavitäten;
- 3 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Injektionsbox mit vier benachbarten Kavitäten und jeweils zugeordneten Vorformeinheiten und Kalibrierungsaufsätzen;
- 4 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage;
- 5a eine Perspektivansicht einer Umwicklungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage;
- 5b eine schematische Seitenansicht der mit dem Matrixmaterial getränkten Fasern nach Ausgabe aus der Ausgabeöffnung der Injektionsbox im Bereich der Umwicklungsvorrichtung;
- 6a eine Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffprofil mit zentral entlang einer Längsmittelachse der Kunststoffmatrix angeordneten Fasern für eine Verwendung als Bewehrungsstab mit eingebauter optischer Nachrichtenübertragungsleitung;
- 6b eine Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffprofil mit gleichmäßig über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilten Fasern für eine Verwendung als Bewehrungsstab mit eingebauter Elektroheizung; und
- 6c eine Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffprofil mit in im Wesentlichen konzentrischen Ringen über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilten Fasern für eine Verwendung als Bewehrungsstab mit eingebautem Koaxialkabel.
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1 zeigt eine herkömmliche Injektionsbox 10 in einer Pultrusionsanlage 12 des Stands der Technik in einer schematischen Seitenansicht. Von einem in der Figur links nicht dargestellten Gestell mit Faserrollen werden Rovings 14 aus Endlosfasern über eine Vorformeinheit 16 in die Injektionsbox 10 gezogen. Bei der Vorformeinheit 16 kann es sich z. B. um eine Platte mit parallelen Reihen von Löchern handeln, durch die die Rovings 14 hindurch verlaufen, um von dort aus parallel und mit gleichmäßigen vorgegebenen Abständen durch eine Faserzuführöffnung 18A in ein Gehäuse 18 der Injektionsbox 10 gezogen zu werden.
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Die Zugfunktion wird von einer in der Figur rechts ebenfalls nicht dargestellten Zieheinheit, einem sogenannten Puller, ausgeübt. Die Bewegungsrichtung der Faserrovings 14 ist in 1 von links nach rechts, wie durch Pfeile P angedeutet ist.
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An einer Seite des Gehäuses 18 ist ein Injektionsanschluss 20 zum Injizieren eines flüssigen Matrixmaterials 22 vorgesehen. Im Inneren des Gehäuses 18 der Injektionsbox 10 werden die Rovings 14 somit unter Druck mit dem flüssigen Matrixmaterial 22 beaufschlagt und durchtränkt. Durch eine Ausgabeöffnung 18B an der in 1 rechten Seite des Gehäuses 18 werden die durchtränkten Rovings 14 aus der Injektionsbox 10 heraus gezogen und treten in ein anschließendes Aushärtewerkzeug 24 ein, bei dem es sich in der Regel um eine Wärmekammer handelt. Die ausgehärteten faserverstärkten Kunststoffprofile verlassen das Aushärtewerkzeug 24 an der in 1 rechten Seite, wie durch den weiteren Pfeil P angedeutet ist.
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Die Faserzuführöffnung 18A und die Ausgabeöffnung 18B sind bei derartigen herkömmlichen Injektionsboxen 10 schlitzförmig ausgebildet, in dem in der Seitenansicht von 1 gezeigten Fall als vertikale Schlitze. In zahlreichen anderen Anwendungen des Stands der Technik sind die Schlitze horizontal orientiert.
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Die 2a-d zeigen schematische Querschnittsansichten von vier erfindungsgemäßen Injektionsboxen 10 mit unterschiedlich gestalteten Kavitäten 18C. In allen gezeigten Fällen besitzt sowohl die in den Figuren links angeordnete Faserzuführöffnung 18A als auch die rechts angeordnete Ausgabeöffnung 18B einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt, wobei der Durchmesser der Faserzuführöffnung 18A größer als jener der Ausgabeöffnung 18B ist.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 2a verjüngt sich die Kavität 18C im Inneren der Injektionsbox 10 in Form eines durchgehenden Kegelstumpfs von der Faserzuführöffnung 18A zur Ausgabeöffnung 18B.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 2b verjüngt sich die Kavität 18C im Inneren der Injektionsbox 10 in Form von drei hintereinander angeordneten Kegelstümpfen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln von der Faserzuführöffnung 18A zur Ausgabeöffnung 18B.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 2c verjüngt sich die Kavität 18C im Inneren der Injektionsbox 10 in Form von fünf hintereinander angeordneten Kegelstümpfen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln von der Faserzuführöffnung 18A zur Ausgabeöffnung 18B.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 2d nimmt ein Querschnitt der Kavität 18C in dem Gehäuse der Injektionsbox 10 von der Faserzuführöffnung 18A bis zu einer Zwischenposition im Gehäuse zu, und von der Zwischenposition zur Ausgabeöffnung 18B ab. Die Kavität 18C besitzt somit ein birnenförmiges Aussehen. Zweckmäßigerweise ist in diesem Fall der in den Figuren nicht gezeigte Injektionsanschluss 20 auf Höhe der Zwischenposition am Gehäuse 18 angeordnet, d.h. im Bereich des größten Querschnitts der Kavität 18C.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Injektionsbox 10 mit vier benachbarten Kavitäten 18C wie bei der in 2b gezeigten Ausführungsform. Vor jeder Kavität 18C ist eine Vorformeinheit 16 angeordnet, hinter jeder Kavität 18C ist ein jeweils zugeordneter Kalibrierungsaufsatz 18D an der Injektionsbox 10 montiert, an dessen stromabwärtigen hinteren Ende sich die im Wesentlichen kreisrunde Ausgabeöffnung 18B befindet.
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In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist jede Kavität 18C mit einem eigenen Injektionsanschluss 20 versehen. Die vier Injektionsanschlüsse 20 werden durch eine gemeinsame Injektionsbox-Versorgungsleitung 26 mit flüssigem Matrixmaterial 22 aus einem Matrixmaterialtank versorgt.
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Aus dem gleichen, in der Figur nicht dargestellten Tank kann auch Matrixmaterial 22 über eine Vorformeinheit-Versorgungsleitung 28 zu den vier Vorformeinheiten 16 geleitet werden, um dort auf die Faserrovings 14 herabzutropfen, bevor sie in die Injektionsbox 10 hineingezogen werden. Auf diese Weise lassen sich die Rovings 14 ringsherum mit flüssigem Matrixmaterial 22 beaufschlagen, bevor sie in der jeweiligen Kavität 18C der Injektionsbox 10 zusammengepresst werden. Somit wird sichergestellt, dass die Rovings 14 nicht nur an ihrer freiliegenden Außenseite von Matrixmaterial 22 benetzt werden, sondern über ihren gesamten Umfang, was die möglichst vollständige Durchtränkung der Rovings 14 mit Matrixmaterial 22 verbessert.
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In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der Durchgangskanal jedes Kalibrierungsaufsatzes 18D, dessen Querschnitt jenem der Ausgabeöffnung 18B entspricht, deutlich kleiner dargestellt als der Querschnitt am stromabwärtigen hinteren Ende der Kavität 18C. Jeder Kalibrierungsaufsatz 18D kann gegen einen anderen Kalibrierungsaufsatz 18D mit einem anderen Durchgangskanal ausgetauscht werden, bspw. einem Durchgangskanal, dessen Querschnitt jenem am stromabwärtigen hinteren Ende der Kavität 18C entspricht, oder einem noch größeren Durchgangskanal. Hierdurch lassen sich Bewehrungsstäbe oder andere faserverstärkte Kunststoffprofile mit unterschiedlichen Querschnitten herstellen.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage 12, bei der eine erfindungsgemäße Injektionsbox 10 entsprechend der in 2a gezeigten Ausführungsform ohne vorgeschaltete Vorformeinheit und ohne Kalibrierungsaufsatz zum Einsatz kommt.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Pultrusionsanlage 12 ist eine Umwicklungsvorrichtung 30 zwischen der direkt am Gehäuse 18 vorgesehenen Ausgabeöffnung 18B der Injektionsbox 10 und dem Aushärtewerkzeug 24 angeordnet. Die Umwicklungsvorrichtung 30 ist in 5a isoliert perspektivisch dargestellt. Sie umfasst eine Antriebseinheit 32, die über einen Bandantrieb einen Dreharm 34 um eine Drehachse antreibt, die durch die Ausgabeöffnung 18B der Injektionsbox 10 und im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der mit dem Matrixmaterial 22 getränkten Fasern 14 verläuft. An einem Ende des Dreharms 34 ist eine Spule 36 gelagert, auf der ein verdrillter Roving 38 aufgewickelt ist.
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Während die mit Matrixmaterial 22 getränkten Fasern 14 durch den Puller aus der Ausgabeöffnung 18B der Injektionsbox 10 und durch eine Öffnung im Dreharm 34 im Bereich seiner Drehachse gezogen werden, werden sie unmittelbar anschließend durch die Umwicklungsvorrichtung 30 mit dem verdrillten Roving 38 umwickelt. In der schematischen Darstellung der 5b ist die Bewegungsrichtung der mit Matrixmaterial getränkten Fasern 14 durch einen geraden Pfeil P von links nach rechts angedeutet, die Umwicklungsrichtung durch einen gekrümmten Pfeil U. Da diese Umwicklung noch vor dem Aushärtewerkzeug 24 erfolgt, ist das Matrixmaterial, mit dem die Fasern 14 getränkt sind, noch feucht und dringt in den verdrillten Roving 38 ein, der sich gleichsam mit Matrixmaterial vollsaugt.
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Wie in 4 gezeigt, wird die Gesamtanordnung aus mit Matrixmaterial 22 getränkten und anschließend mit dem verdrillten Roving 38 umwickelten Fasern 14 durch den Puller in das Aushärtewerkzeug 24 gezogen und dort zu einem festen faserverstärkten Kunststoffprofil 40 ausgehärtet.
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Durch Vorsehen einer weiteren Spule 36 an dem Dreharm 34, bspw. am anderen Ende des Dreharms 34, lassen sich zwei verdrillte Rovings 38, bspw. aus unterschiedlichen Materialien, nebeneinander auf die mit Matrixmaterial 22 getränkten Fasern 14 aufwickeln. Gegebenenfalls kann die Umwicklungsvorrichtung auch mehrere Dreharme 34 aufweisen, um weitere Spulen 36 mit verdrillten Rovings 38 und/oder mit einem Umwicklungsband zu tragen, die/das nebeneinander oder aufeinander auf die mit Matrixmaterial 22 getränkten Fasern 14 aufgewickelt werden sollen. Insbesondere kann eine lückenlose Umwicklung mit einem elektrisch isolierenden oder elektromagnetische Wellen abschirmenden Umwicklungsband von Bedeutung sein, wenn das hergestellte faserverstärkte Kunststoffprofil mit elektrisch leitfähigen Fasern 14 in seinem Inneren und/oder elektrisch leitfähigen verdrillten Rovings 14 an seiner Außenoberfläche zur Signalübertragung oder Stromleitung versehen ist.
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Derartige Einsatzmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen faserverstärkten Kunststoffprofils 40 werden nachfolgend anhand der 6a-c beschrieben werden, wobei in diesen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit die Umwicklungsfasern bzw. das Umwicklungsband weggelassen sind:
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6a zeigt eine Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffprofil 40 für eine Verwendung als Bewehrungsstab mit eingebauter optischer Nachrichtenübertragungsleitung.
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Das faserverstärkte Kunststoffprofil 40 in Form eines Stabs umfasst eine ausgehärtete Kunststoffmatrix aus Matrixmaterial 22, in die ein Roving, d.h. ein Bündel von Glasfasern 14 eingebettet ist. In der gezeigten Ausführungsform verlaufen die Glasfasern 14 im Wesentlichen zentral entlang einer Längsmittelachse der Kunststoffmatrix. Eine solche zentrale Anordnung der Fasern 14 lässt sich bei Herstellung durch Pultrusion problemlos erreichen. Eine dezentrale Einbettung der Glasfasern 14 in die Kunststoffmatrix parallel zur Längsmittelachse des Kunststoffprofils ist jedoch ebenfalls möglich, bspw. durch Verlagerung der verwendeten Vorformeinheit 16. Der dargestellte faserverstärkte Kunststoffstab 40 kann als Bewehrungsstab bei der Errichtung von Gebäuden eingesetzt werden und erlaubt aufgrund der lichtleitenden Eigenschaften der Glasfasern 14 eine gleichzeitige Verwendung als Datenleitung für optische Nachrichtenübertragung. Bei unvollständiger Aushärtung im Aushärtewerkzeug 24 lässt sich das in 6a dargestellte faserverstärkte Kunststoffprofil 40 jedoch auch als Stromleitung, bspw. Überlandleitung, einsetzen. In diesem Fall ist eine Umwicklung mit einem elektrisch isolierenden Umwicklungsband durch die Umwicklungsvorrichtung 30 besonders vorteilhaft.
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6b zeigt eine Querschnittsansicht durch einen anderen erfindungsgemäßen faserverstärkten Kunststoffstab 40, bei dem Kohlefasern 14 gleichmäßig über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilt sind. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Kohlefasern 14 kann dieses faserverstärkte Kunststoffprofil als Bewehrungsstab bei der Errichtung von Gebäuden eingesetzt werden und gleichzeitig als Elektroheizung verwendet werden.
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Schließlich zeigt 6c eine Querschnittsansicht durch ein weiteres erfindungsgemäßes faserverstärktes Kunststoffprofil 40, bei dem Fasern 14 in Form von im Wesentlichen konzentrischen Ringen über einen Querschnitt der Kunststoffmatrix verteilt sind. Eine derartige Anordnung ist für eine erfindungsgemäße Verwendung als Koaxialkabel besonders vorteilhaft, wobei der zentrale Leiter auch - ähnlich dem Glasfaserroving von Fig. 6a - entlang der Längsmittelachse verlaufen kann.
