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Die Erfindung betrifft einen rohrförmiger, nichtstarrer Träger für Wicklungen von Glasfasern oder ähnlichen länglichen Faser- oder Fadenprodukten.
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Bei der Glasfaserproduktion wird ein Produktionshilfsmittel zum Aufwickeln der Glasfaser benötigt. Üblicherweise werden dafür auf Papier oder Karton basierende einfache Formrohre als Träger verwendet, auf welche die frisch erzeugte Glasfaser aufgewickelt wird. Dazu wird das Formrohr zunächst auf einen Spreizdorn beziehungsweise eine Spindel aufgeschoben und darauf fixiert. Durch den mit hoher Drehzahl rotierenden Dorn wird die aus einer Glasschmelze fallende Glasfaser, welche unter Luftkontakt erstarrt, auf den Träger aufgewickelt beziehungsweise aufgespult. Anschließend wird in einem längeren, beispielsweise bis zu vierundzwanzigstündigen Trocknungsprozess bei einer Temperatur von beispielsweise 140°C der so erzeugte Glasfaserwickel getrocknet. Nach dem Trocknen kann das Formrohr aus dem Glasfaserwickel entnommen und wiederverwendet werden.
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Das Formrohr ist aufgrund der hohen Drehzahl beim Wickeln der Glasfaser erheblichen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Ferner lastet auf dem Formrohr durch die sich bei der Herstellung des Glasfaserwickels relativ eng und fest aufwickelnde Glasfaser sowie durch das Eigengewicht der Glasfaser ein hoher Druck. Außerdem muss das Formrohr zum Herausziehen aus dem darauf aufgewickelten Faserbündel etwas verformt werden können, darf also nicht völlig starr sein, wodurch sich allerdings irreversible Verformungen in dem Formrohr ausbilden können. Daher müssen Formrohre aus Papier meistens nach wenigen Anwendungen oder sogar nach nur einer Anwendung ersetzt werden. Dies wird häufig hingenommen, da die Herstellungskosten von einfachen Rohren aus Papier oder Karton vergleichsweise gering sind.
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Bereits seit Langem bekannt sind wiederverwendbare nichtstarre Formrohre, welche aus mehreren unterschiedlich präparierten Papierlagen oder aus Papierlagen mit textilen Zwischenlagen aufgebaut sind.
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Aus der
DE 1 596 660 C ist ein nichtstarres Formrohr bekannt. Dieses Formrohr besteht aus einer ersten, schraubenförmig gewickelten inneren Papierlage und einer darauf aufgewickelten zweiten, mit Kunstharz getränkten äußeren Papierlage. Nach dem Aushärten des Kunstharzes weist die radial äußere Oberfläche des Formrohrs eine zum Auf- und Abspulen von Glasfasern besonders geeignete Rauigkeit auf. Das Formrohr ist so flexibel, dass es zum Herausziehen aus einem auf ihm aufgewickelten Glasfaserknäuel in Längsrichtung eindrückbar beziehungsweise zusammenfaltbar ist.
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Die
DE 1 959 762 A zeigt ein ähnliches Formrohr, jedoch mit einer Zwischenlage aus Stoff. Das bekannte Formrohr besteht aus einer wendelförmig gewickelten inneren Papierlage, einer darauf wendelförmig gewickelten Zwischenlage aus einem Textilmaterial, welches mit einem elastischen Polymerisationsprodukt imprägniert sein kann, und einer über die Zwischenlage wendelförmig gewickelten weiteren Papierlage, welche mit Kunstharz imprägniert ist.
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Bisher wurden Formrohre für Glasfaserwickel für ein maximales Wickelgewicht von etwa 12 kg ausgelegt. Diese Glasfaserwickel können erfahrungsgemäß von den Mitarbeitern in der Fertigung problemlos manuell bewegt und den nachgelagerten Prozessschritten zugeführt werden. Zur Erhaltung der globalen Wettbewerbsfähigkeit und zur Steigerung der Produktivität ist jedoch eine weitgehende Automatisierung der heutigen Fertigung von Glasfaserwickeln unumgänglich. Da das bisherige Höchstgewicht von 12 kg pro Glasfaserwickel bei deren Handhabung mit einem Roboter nicht mehr relevant ist, besteht bei den Herstellern ein zunehmendes Interesse daran, das Gewicht der Glasfaserwickel zu erhöhen. Dadurch könnte die Produktionskapazität erhöht und zugleich die Abfallmenge sowie die Kosten gesenkt werden. Allerdings sind die bekannten Formrohre aus Papier bereits an ihrem Gewichtslimit und können einer höheren Belastung nicht mehr standhalten. Daher besteht ein Bedarf an höher belastbaren nichtstarren Formrohren für die Fertigung von Glasfaserwickeln.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen nichtstarren Träger für Wicklungen von Glasfasern oder ähnlichen länglichen Faser- oder Fadenprodukten vorzustellen, der für höhere Traglasten und für die mehrmalige Wiederverwendung geeignet ist sowie zudem kostengünstig und einfach in der Herstellung ist. Dabei soll der Träger beim Aufwickeln einer zunächst heißen Glasfaser nicht nur hohen Drehgeschwindigkeiten standhalten und temperaturstabil sein, sondern beim späteren Entfernen aus dem Glasfaserwickel auch leicht verformt werden können und trotzdem nach dem Entfernen aus dem Glasfaserwickel selbständig sowie reversibel in seine ursprüngliche Form zurückkehren. Insbesondere soll ein solcher Träger für die automatisierte Herstellung von Glasfaserwickeln geeignet sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Träger erreicht, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Demnach betrifft die Erfindung einem rohrförmigen, nichtstarren Träger für Wicklungen von Glasfasern oder ähnlichen länglichen Faser- oder Fadenprodukten. Zur Lösung der gestellten Aufgabe hinsichtlich der Schaffung eines verbesserten Trägers sieht die Erfindung vor, dass der Träger aus einem mit einem Zugstrang als Festigkeitsträger verstärkten Elastomer-Werkstoff besteht, welcher zu einem schlauchartigen, formstabilen Körper geformt ist.
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Unter einem Zugstrang oder Cord wird ein im Verhältnis zu seinem Durchmesser längliches, flexibles Faser- oder Fadenprodukt zur Aufnahme von Zugkräften verstanden.
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Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass ein langgestreckter zylindrischer Hohlkörper aus einem verstärkten Elastomer unter Berücksichtigung von Belastbarkeit, Haltbarkeit, Stabilität und Flexibilität als Träger von relativ schweren Wickeln, wie Glasfaserwickel, den bisher meistens verwendeten Papierrohren technisch und wirtschaftlich überlegen ist.
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Demnach schlägt die Erfindung als Produktionshilfsmittel für die Herstellung von Glasfaserwickeln einen rohrförmigen Träger aus einem verstärkten Elastomermaterial anstatt eines herkömmlichen rohrförmigen Trägers aus einem verstärkten Papiermaterial vor. Ein solcher erfindungsgemäßer Träger ist vom Aufwickeln der Glasfaser bis zur Entnahme aus dem fertigen Glasfaserwickel für höhere Belastungen vorteilhaft geeignet. Er kann zum leichten Entfernen aus dem Wickel reversibel verformt werden und weist somit eine lange Gebrauchsdauer und Zuverlässigkeit auch bei einer hohen Wiederverwendungsrate auf. Dadurch werden die Kosten bei der Verwendung dieses Trägers als Produktionshilfsmittel niedrig gehalten.
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Der neuartige Träger ist insbesondere für die automatisierte Fertigung von Glasfaserwickeln mit Gewichten oberhalb der bisher praktikablen und eingangs genannten Gewichtsgrenzen vorgesehen. Dadurch kann die Produktivität bei der Glasfaserproduktion gesteigert werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Träger gemäß der Erfindung zwar insbesondere für Wicklungen von Glasfasern vorgesehen ist. Grundsätzlich kann er aber auch für andere Wicklungen von im Verhältnis zum Durchmesser länglichen Faser- oder Fadenprodukten, wie beispielsweise Kohlefaserwickel, vorteilhaft eingesetzt werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass ein Träger mit den Merkmalen der Erfindung ohne weiteres ein Wickelgewicht von 20 kg und mehr tragen kann, und dennoch dabei formstabil bleibt sowie zugleich flexibel genug ist, um leicht aus dem Wickel nach dem Trocknen herausgenommen werden zu können. Bei einer festen Anzahl von vorhandenen Wickelstationen in einer Produktionsstätte eines Glasfaserherstellers ist somit eine Produktivitätssteigerung gegenüber dem bisherigen Wickelhöchstgewicht, welches bei etwa 12 kg liegt, von 60% bis 70% möglich, ohne in zusätzliche Wickelstationen investieren zu müssen.
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Selbstverständlich kann dieser Träger auch bei Glasfaserwickeln mit geringerem Gewicht aufgrund seiner längeren Haltbarkeit und seiner guten Handhabbarkeit vorteilhaft eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger mithilfe einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung von Treibriemen erzeugt ist, wobei die Dicke und der Abstand der Windungen zueinander des in den Elastomer-Werkstoff eingebetteten sowie über den Umfang des Trägers wendelartig gewickelten Zugstrangs an eine vorgegebene Steifigkeitsanforderung an den Träger angepasst sind.
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Die Herstellung eines rohrförmigen Trägers aus einem Elastomer-Werkstoff mit einem Zugstrang kann in Anlehnung an bekannte Verfahren zur Herstellung von Treibriemen für Zugmitteltriebe oder dergleichen erfolgen. Dazu seien beispielsweise die
EP 0 487 012 B1 sowie die
DE 10 2014 221 979 A1 und die
DE 10 2015 214 103 A1 genannt. Bekanntermaßen wird bei einem gängigen Herstellungsverfahren für solche Treibriemen zunächst ein verstärkter Schlauch aus einem elastomeren Material als Basiswerkstoff hergestellt. Dafür wird eine drehbare zylindrische Werkzeugtrommel genutzt, auf die ein Zugstrang zu einer Wendel aufgespult und dabei ein auf der Werkzeugtrommel aufgetragener Elastomer-Werkstoff radial durch die Zwischenräume zwischen den Windungen der Wendel hindurchgedrückt wird. Dieser Materialaufbau wird danach unter Druck und Hitzeeinwirkung vulkanisiert. Anschließend können die Treibriemen in der gewünschten Breite von dem so erzeugten Wickel abgeschnitten werden.
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Eine derartige Vorrichtung kann mit relativ geringem Aufwand dazu angepasst werden, um einen erfindungsgemäßen rohrförmigen Träger aus einem Elastomer-Werkstoff mit den gewünschten Maßen zu fertigen. Nach einer entsprechenden konstruktiven Anpassung der Vorrichtung können auf dieser ähnlich wie die genannten Treibriemenwickel dann die hier in Rede stehenden Träger hergestellt werden, welche nur eine größere Breite aufweisen und daher eine rohrförmige Geometrie haben.
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Ein die Merkmale der Erfindung aufweisender Träger besteht wie erwähnt aus einem Elastomer-Werkstoff, in den ein Zugstrang eingebettet ist. Der eingebettete Zugstrang hat hier jedoch nicht wie bei Treibriemen die Aufgabe Zugkräfte aufzunehmen, sondern soll für die erforderliche Steifigkeit des Trägers sorgen, damit das Gewicht des Glasfaserwickels sicher getragen werden kann. Der Zugstrang soll daher vornehmlich Druckkräfte aufnehmen können. Der Durchmesser des Zugstrangs sowie dessen Wickeldichte, also der Abstand der gewickelten Windungen beim Einbetten des Zugstrangs in das Elastomer, werden dabei so gewählt, dass der Träger eine vorbestimmte Stabilität für die Aufnahme des Gewichts eines Glasfaserwickels aufweist und gleichzeitig ausreichend flexibel bleibt, damit er zwecks Entnahme aus dem Glasfaserwickel am Ende des Herstellungsprozesses verformt werden kann. Möglich sind auch mehrere Windungslagen des Zugstrangs übereinander.
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Die Temperaturstabilität des Elastomers und des Zugstrangs gewährleisten während des temperierten Trocknungsvorgangs des Glasfaserwickels die Formstabilität des Trägers. Irreversible Verformungen des Trägers werden demnach vermieden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Trägers gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der rohrförmige Träger auf seiner radial inneren Oberfläche einen Abriebschutz aufweist. Durch den Abriebschutz ist die Elastomer-Oberfläche des Trägers beim Aufsetzen auf den Spreizdorn einer Glasfaser-Wickelmaschine, im Betreib und beim Abnehmen von dem Spreizdorn vor Beschädigungen geschützt.
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Gemäß einer diesbezüglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abriebschutz als ein mit dem Träger fest und unlösbar verbundenes Gewebe ausgebildet ist. Ein Gewebe als Abriebschutz weist einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Dadurch wird das Aufbringen des Trägers auf den Spreizdorn einer Glasfaser-Wickelmaschine sowie das Abnehmen des Trägers mit dem auf diesem sitzenden Glasfaserwickel von dem Spreizdorn erleichtert. Das Gewebe kann bei der Herstellung des Trägers in der Art eines Armierungsgewebes zunächst auf die Werkzeugtrommel aufgelegt werden, bevor der Elastomer-Werkstoff auf diese aufgewickelt und der Zugstrang zu einer Wendel aufgespult und in die Elastomer-Matrix eingebettet wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Elastomer-Werkstoff ein Hydrierter-Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) oder ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder ein Misch-Kautschuk mit Anteilen zumindest eines oder beider dieser Stoffe ist, welcher als Trägermaterial für den darin eingebetteten Zugstrang sowie als Oberflächenmaterial zum Aufwickeln der Glasfaser oder eines ähnlichen länglichen Faser- oder Fadenproduktes darauf ausgebildet und wirksam ist.
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Der Träger kann aus Materialien gefertigt sein, die sich bereits in der Herstellung von Treibriemen bewährt haben. HNBR wird häufig für Treibriemen verwendet und weist eine hohe thermische Beständigkeit bei den typischen Trocknungstemperaturen bei der Glasfaserproduktion auf. HNBR ist zudem resistent gegen Umwelteinflüsse sowie beständig gegen Öle, Säuren und andere Fluide. EPDM besitzt diese Eigenschaften ebenso, darüber hinaus jedoch eine höhere Reißfestigkeit und insbesondere eine bessere Steifigkeit. Daher wird EPDM oder Mischungen mit einem wesentlichen EPDM-Anteil als Ausgangsmaterial für den Träger bevorzugt. Die gummiartige radial äußere Oberfläche des Trägers weist eine gute Griffigkeit auf, so dass beim Aufwickeln der Glasfaser ein Durchrutschen des Wickels auch bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten zuverlässig vermieden wird.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung des Trägers kann vorgesehen sein, dass der Zugstrang aus einem Glas-Cord, einem Carbon-Cord, einem Aramid-Cord oder aus einer Mischung daraus besteht.
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Glas-Cord steht besonders kostengünstig am Markt zur Verfügung, so dass der Träger besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Aramid-Cord besitzt eine hohe Festigkeit, beispielsweise höher als die von einem vergleichbaren Stahl-Cord, und besitzt einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizient in Längsrichtung, sodass der Cord sich bei Erwärmung durch den heißen Glasfaserwickel etwas verkürzt. Dadurch wird die Stabilität des Trägers weiter erhöht. Eine weitere Alternative ist Carbon-Cord. Dieser ist besonders leicht und druckbeständig. Der Fachmann mag gezielt geeignete Werkstoffe oder Kombinationen daraus verwenden, um je nach Anwendung und Anforderungen bestimmte gewünschte Eigenschaften des Trägers, wie Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Flexibilität, Alterungsbeständigkeit, Säurefestigkeit sowie das Preis-Leistungs-Verhältnis zu priorisieren.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Trägers für einen Glasfaserwickel gemäß der Erfindung, und
- 2 den Träger gemäß 1 im schematischen Querschnitt.
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Der in 1 und 2 dargestellte Träger 1 weist demnach weitgehend die Geometrie und den Aufbau eines endlosen Flachriemens auf, der zu einem langgestreckten schlauchförmigen Körper geformt ist. Der Träger 1 besteht sehr weitgehend aus einem Elastomer-Werkstoff 3, in dem ein wendelartig über seinen Umfang gewickelten Zugstrang 2 eingebettet ist. Der Elastomer-Werkstoff 3 besteht hier beispielsweise aus einer Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) - Mischung. Der Zugstrang ist hier beispielsweise ein Glas-Cord, welcher dem Träger 1 eine gewünschte Formstabilität verleiht. Diese Formstabilität des Trägers 1 kann bei der Herstellung desselben durch den axialen Abstand der Windungen des Zugstrangs 2 sowie durch die Stärke des Cords in gewünschter Weise variiert werden.
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An der radial inneren Oberfläche 4 des Trägers 1 ist zudem ein Abriebschutz 5 angeordnet. Dieser Abriebschutz 5 ist vorliegend als ein Gewebe ausgebildet, welches mit der radial inneren Oberfläche 4 des Trägers 1, beispielsweise bei der Vulkanisierung des Trägers 1, fest verbunden ist. Der Abriebschutz 5 und somit die radial innere Oberfläche 4 des Trägers 1 weist einen niedrigeren Reibungskoeffizienten im Vergleich zu der aus dem Elastomer-Werkstoff 3 gebildeten radial äußeren Oberfläche 6 des Trägers 1 auf. Die gummiartige radial äußere Oberfläche 6 besitzt eine relativ hohe Griffigkeit zum sicheren Aufwickeln einer Glasfaser.
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Zur Produktion eines nicht dargestellten Glasfaserwickels wird der Träger 1 auf einen nicht dargestellten Spreizdorn er Glasfaser-Wickelmaschine aufgesteckt und dort festgeklemmt, sodass der Träger 1 mit dem Spreizdorn drehfest verbunden ist. Soweit erforderlich, kann zusätzlich eine Fixierhilfe zur Positionierung und Befestigung des Trägers 1 auf dem Spreizdorn verwendet werden. Der so mit dem Spreizdorn drehfest verbundene Träger 1 wird mit dem Spreizdorn zusammen um seine Längsachse 7 in Drehungen mit einer hohen Drehzahl, beispielsweise 10.000 U/min, versetzt. Der Abriebschutz 5 schützt bei der Montage und bei der späteren der Demontage des Trägers 1 an dem Spreizdorn die innere Oberfläche des Trägers 1 vor Verschleiß. Außerdem wird durch den niedrigen Reibungskoeffizienten des Abriebschutzes 5 die Montage beziehungsweise die Demontage erleichtert.
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Bei der Glasfaserproduktion wird die aus einer Schmelze mit einer Spinndüse gezogene lange dünne Glasfaser auf den Träger 1 aufgewickelt. Auf diese Weise kann ein Glasfaserwickel mit einem Gewicht von beispielsweise 20 kg auf den Träger 1 aufgewickelt werden. Der Glasfaserwickel wird anschließend per Hand oder in einem automatisierten Fertigungsprozess zunächst in einer Trocknungsanlage abgelegt und für etwa 24 Stunden bei ca. 140°C getrocknet. Nach Beendigung des Trocknungsprozesses wird der Träger 1 aus dem fertigen Glaswickel entfernt. Da der Träger 1 trotz seiner hohen Stabilität und Tragfähigkeit elastische Eigenschaften aufweist, kann er zur leichten und beschädigungsfreien Entnahme aus dem fertigen getrockneten Glasfaserwickel radial etwas zusammengedrückt werden und kehrt nach der Entnahme selbständig in seine Ausgangsform zurück. Der Träger 1 kann auf diese Weise häufig wiederverwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrförmiger, nichtstarrer Träger
- 2
- Zugstrang
- 3
- Elastomer-Werkstoff
- 4
- Radial innere Oberfläche des Trägers
- 5
- Abriebschutz, Gewebe
- 6
- Radial äußere Oberfläche des Trägers
- 7
- Längsachse, Drehachse des Trägers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1596660 C [0005]
- DE 1959762 A [0006]
- EP 0487012 B1 [0019]
- DE 102014221979 A1 [0019]
- DE 102015214103 A1 [0019]
