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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung längsgewellter,
harzgetränkter Faserstoffbahnen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung längsgewellter, harzgetränkter
Faserstoffbahnen, wobei die getränkte Faserstoffbahn zwischen äußeren Folien aus
undurchlässigem inertem Material eingelegt wird und der Schichtkörper in einer waagerechten
Ebene, in der der Schichtkörper gebildet wird, vorwärts gefördert, gewellt und gehärtet
wird.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung
gewellter Materialbahnen bekannt, bei der die Bahn von einer Rolle abgezogen und
zwischen zwei Sätzen von feststehenden, untereinanderliegenden fächerförmigen Führungen
hindurchgeleitet wird, die die Bahn fortschreitend nach der Mitte hin zusammendrücken
und dadurch die gewünschte Wellung erzeugen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität
und insbesondere Gleichmäßigkeit der hergestellten Faserstoflbahn unter Ausschaltung
jeglicher Faltenbildung dadurch weiter zu verbessern, daß auf die vorrückende Schichtkörperbahn
neben einem Zug zunächst auch eine Spannung in Querrichtung ausgeübt wird, durch
welche die Bahn zunächst glatt gehalten wird, bis sie in den Bereich von Vorformungsfingern
gelangt, worauf die Spannung in Querrichtung allmählich nachläßt und die durch Antriebsscheiben
ausgeübte Zugspannung überwiegt.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem Verfahren der Erfindung dadurch gelöst,
daß die Schichtkörperbahn unter Längs- und Querspannungen vorwärts gefördert wird,
von denen die Querspannungen auf die Längskanten der Bahn als von der Förderrichtung
derart divergierende Kräfte ausgeübt werden, daß die Bahn in seitlicher Richtung
gestreckt und flach gehalten wird, und die Spannungen beim Vorrücken der Bahn so
geändert werden, daß schließlich die Längsspannung in der Schichtkörperbahn überwiegt
und eine Wellenbildung in der Längsrichtung hervorruft, deren Steigung und Amplitude
allmählich so geändert werden, daß die Bahn die gewünschte regelmäßig gewellte Form
annimmt.
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Die Ausübung einer Querspannung auf die Außenfolien des Schichtkörpers
dient dazu, die untere Außenfoliefläche des Schichtkörpers flach zu halten, während
das flüssige Harz aufgetragen wird, und die vorzeitige Entstehung von Falten zu
verhindern, darr.it das Harz möglichst gleichmäßig auf der Bahnoberfläche verteilt
wird. Ferner verhindert die Querspannung, daß der Schichtkörper auf der Bettplatte
verrutscht und die Bahn sich einrollt.
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Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen wird daher erreicht,
daß die Bahn bis zu dem Punkt, an welchem die Faltenbildung beginnen soll, völlig
glatt ist und daß sich in der Bahn dann beim allmählichen Nachlassen der Querspannung
und dem Überwiegen der Längszugspannung von selbst Längsfalten bilden, die anschließend
durch die sich allmählich ändernde Steigung und Amplitude der Vorformungsfinger
fortschreitend in ihrer Form verändert werden und schließlich in die Form der durch
den Former vorgeschriebenen Wellungen übergehen.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfährens weist erfindungsgemäß
drehbare Antriebsscheiben auf, die auf die Bestandteile der Schichtkörperbahn eine
Längsspannung ausüben, eine Reihe von frei drehbaren Schrägräderpaaren, von denen
je zwei Räder eines jeden Paares an gegenüberliegenden Längsrändern der Bestandteile
und der Schichtkörperbahn angreifen und eine Querspannung auf dieselben ausüben,
Vorformungsfinger, die in der Förderrichtung der Bahn konvergieren, entsprechend
den durch die Längsspannung verursachten Wellungen seitlich voneinander auf Abstand
stehen und so aus-
gebildet sind, daß sie die Steigung und die Amplitude
der Wellungen allmählich ändern und zu einem Former leiten, der den Wellungen die
gewünschte regelmäßig gewellte Form erteilt.
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Die vorausgehend beschriebene bekannte Anordnung venvendet zwar ebenfalls
fächerförmige Führungen für die Bahn, die jedoch in der bekannten Anordnung erheblich
komplizierter sind und aus übereinanderliegenden Matrizen bestehen, zwischen denen
der Schichtkörper durchtritt, und die außerdem sich gerade in entgegengesetzter
Richtung verjüngen wie die Vorformungsfinger gemäß der Erfindung. Während die Formungselemente
der bekannten Vorrichtung an der Eintrittsseite der Bahn am breitesten sind und
sich nach der Austrittsseite hin verjüngen, sind die Vorformungsfinger gemäß der
Erfindung an der Eintrittsseite der Bahn am schmalsten und verbreitern sich nach
der Austrittsseite hin. Diese Ausbildung ist deswegen gewählt worden, damit die
zunächst spontan durch die Längsspannung entstehenden Längsfalten von den Vorformungsfingern
aufgenommen und beim weiteren Vorrücken der Bahn durch diese Leitorgane allmählich
in die durch den Former vorgeschriebene Form übergeführt werden.
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Die Venvendung von schwenkbar angeordneten Schrägräderpaaren in Verbindung
mit einer Stoffbahn ist an sich nicht neu, doch haben derartige Schrägräderpaare
in einer bekannten Anordnung eine andere Aufgabe als in der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung. In der bekannten Vorrichtung - nämlich einer Schneidvorrichtung für
Werkstücke aus Kautschuk und ähnlichem biegsamem Material - befinden sich diese
nur auf einer Seite der vorrückenden Bahn und dienen lediglich dazu, die Bahn bei
ihrem Vorrücken seitlich so zu verschieben, daß sie an einer Führung anliegt, ohne
daß dabei die gesamte Bahn durch eine Querspannung in glattem Zustand gehalten wird.
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Die Faserstoffbahn kann zwischen die äußeren Folien anfänglich in
verschiedener Weise eingelegt werden, z. B. durch Aufwalzen der Faserstoffbahn auf
die sich waagerecht bewegende untere, das Harz tragende Folie, Quenvalzen der Oberseite
der aufgelegten Faserstoffbahn zum Herausdrücken eingeschlossener Luft aus der Faserstoffbahn
und dann durch Aufbringen der oberen Folie auf die Oberseite der imprägnierten Faserstoffbahn.
Gegebenenfalls kann der Schichtkörper einfach dadurch gebildet werden, daß aufeinanderfolgend
das Harz, das Fasermaterial und die obere Folie auf die untere Folie aufgelegt werden,
worauf eine Konditionierung durch an sich bekanntes Vibrationsquetschen folgt.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in
Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 eine schematische
Seitenansicht einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer lägsgewellten
harzgetränkten Faserstoffbahn, F i g. 2 eine Fortsetzung des rechten Endes der Fig.
1, F i g. 3 eine teilweise Draufsicht nach der Linie III-TII der F i g. 1 und 2,
Fig.4 eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab der Vorformungsfinger der in F i g.
2 und 3 gezeigten Vorrichtung, Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie V-V
der Fig.4 beim Hindurchziehen des Schichtkörpers durch die Vorrichtung,
Fig. 6 eine
der Ei g. 5 ähnliche Schnittansicht, wobei jedoch der Schnitt nach der Linie VI-VI
der F i g. 4 geführt ist, F i g. 7 eine der F i g. 5 ähnliche Schnittansicht, wobei
jedoch der Schnitt nach der Linie VII-VII der F i g. 4 geführt ist, und F i g. 8
eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab eines der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung
verwendeten Schrägräderpaare.
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder
ähnliche Teile.
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Die in Fig. 1, 2 und 3 gezeigte erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung
weist eine Bettplatte 5 auf, auf der der Schichtkörper gebildet wird, welcher aus
einer unteren Folie 1 aus regenerierter Cellulose, einer Faserstoffbahn 11 aus Stapelglasseide
und aus einer oberen Folie 16 aus regenerierter Cellulose besteht. Die untere Folie
1 wird von einer Kassette 2 zugeführt, die durch nicht gezeigte Heizelemente auf
einer geringfügig erhöhten Temperatur gehalten wird.
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Die untere Folie wird über Spannwalzen 3 und eine beheizte Vorschrumpfwalze
4 auf die Bettplatte 5 gefördert. In einem Behälter 8 befindet sich Polyesterharz,
das ein Härtemittel oder mehrere Härtemittel enthält. Im Behälter 8 wird der Füllspiegel
von einem nicht gezeigten Vorratsbehälter aus konstant gehalten. Das Polyesterharz
wird der Folie 1 durch einen Auslaufbehälter 7 und Düsen 6 zugeführt, die über die
Breite der Folie verteilt sind, um auf der Folie eine zusammenhängende Lage zu bilden,
wobei eine gleichmäßige Auflagerung des Harzes auf der Folie durch eine Rakel, die
mit 9 bezeichnet ist und unter der sich die Folie bewegt, erzeugt wird.
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Unmittelbar hinter der Rakel 9 befindet sich eine Reihe von Walzen
10, welche die Faserstoffbahn 11 aus Stapelgiasseide auf die harzbedeckte untere
Folie 1 aufpressen, wobei das Harz frei in die Faserstoffbahn eindringt. Die Faserstoffbahn
wird von einer beheizten Kassette 2 a über Führungswalzen 12 abgezogen, die an jedem
Ende eines Inspektionstisches 13 angeordnet sind, sowie um die hinterste der Walzen
10 herum, die mit einem Drahtgeflecht bedeckt sein kann.
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Hinter den Walzen 10 in der Bewegungsrichtung der Folie ist ein Satz
von mit einem Drahtgeflecht überzogenen Entlüftungswalzen 14 vorgesehen, die in
einem nicht gezeigten Rahmen frei drehbar gelagert sind, welcher quer zur Bewegungsrichtung
der Faserstoflbahn und der unteren Folie hin- und herbewegt wird, so daß die Walzen
sich quer zur Folie zwischen der mit voll ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung
in die mit strichpunktierten Linien gezeichnete Stellung (F i g. 3) bewegen.
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Unmittelbar vor dem Satz des sich querbewegenden Walzen 14 sind Endauflagewalzen
15 angeordnet, die ebenfalls als Entlüftungswalzen wirken und auf die Oberseite
der Faserstoffbahn 11 die obere Folie 16 aufbringen, welche von einer beheizten
Kassette 2 b über Spannwalzen 3 b und beheizte Vorschrumpfwalzen 4 b in ähnlicher
Weise, wie für die untere Folie beschrieben, abgezogen wird. Der zusammengesetzte
Schichtkörper 35 aus der unteren Folie, der Faserstoffbahn und der oberen Folie
wird dann über eine Inspektionsfläche 17 der Bettplatte 5 und zwischen mit 18 bezeichneten
Führungsschienen bis zu den hinteren Enden (in der Bewegungsrichtung des Schichtkörpers)
einer Reihe von Vorformungsfingern 19 geführt, die abnehmbar, beispielsweise mit
Hilfe
von Versenkschrauben an der Bettplatte 5 der Maschine befestigt sind.
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Die Vorformungsfinger 19 nehmen in ihrer Höhe und in ihrer Breite
allmählich zu, bis ihre vorderen Enden (in der Bewegungsrichtung des Schichtkörpers
35) quer zur Bettplatte der Maschine ein Profil bilden, das dem Profil eines gewellten,
aus Aluminium bestehenden Formers 20 ähnlich ist, der aus Abschnitten besteht, welche
abnehmbar an waagerechten, quer über die Breite der Vorrichtung laufenden Stützen
befestigt sind. Der Former 20 weist Wellungen in Form einer Sinuskurve auf und erstreckt
sich bis zu einem dreiteiligen Härteofen, der allgemein mit 21 bezeichnet ist, und
durch diesen hindurch. Die gewünschte Temperatur wird in jedem der drei Abschnitte
21a, 21b, 21c des Ofens durch thermostatische Regler 22 aufrechterhalten.
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Oberhalb des aus Aluminium bestehenden Formers 20 ist eine Reihe
von Führungsschienen 23 angeordnet, welche an ihren Unterkanten eine Wellung aufweisen,
die der gewellten Gestaltung des Formers komplementär ist, wobei die Führungsschienen
an ihren Enden durch Halter24 getragen werden, die an der Bettplatte 5 auf jeder
Seite befestigt sind.
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Nach dem Ofen 21 sind in Aufeinanderfolge zwei Kantentrimmräder 25,
eine Reihe von Scheiben 26, die als Antriebsmittel dienen, und eine bewegliche Schneidvorrichtung
27, beispielsweise eine Scheibe, angeordnet. Das gehärtete Band 34 tritt aus dem
Ofen aus und wird durch das Schneidelement 27 in die gewünschten Längen geschnitten
und auf einem Tisch 28 gefördert.
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Auf jeder Seite der Vorrichtung sind an den drei Stationen, nämlich
erstens am Bereich der Aufbringung des Polyesterharzes, zweitens unmittelbar hinter
den Endauflagewalzen 15 und drittens unmittelbar hinter den hinteren Enden der Vorformungsfinger
19 Schrägräderpaare29 angeordnet, deren Ausbildung in F i g. 8 mit näheren Einzelheiten
gezeigt ist. Jedes dieser Räder ist in einem Träger 30 gelagert, der um eine durch
einen Zapfen 31 gebildete senkrechte Achse winkelig verstellbar ist, wobei jeder
Träger mit einem Zeiger 32 versehen ist, der über eine Skala 33 beweglich ist, damit
die Winkellage der Schrägräder 29 leicht eingestellt werden kann. Die Räder können
auch so gelagert werden, daß sie in Querrichtung der Bettplatte verstellbar sind.
Bei der in der Zeichnung gezeigten Stellung sind die Schrägräder 29 mit einem Winkel
von etwa 50 zur Längsbewegungsrichtung des Schichtkörpers durch die Vorrichtung
eingestellt.
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In der vorangehenden Beschreibung wurde angegeben, daß die Bettplatte
5 zuerst zur Auflagerung der unteren Folie 1 und dann des Schichtkörpers 35 dient,
jedoch ist in F i g. 1 und 2 die Bettplatte 5 der übersichtlicheren Darstellung
halber im Abstand von der unteren Folie 1 und dem Schichtkörper 35 dargestellt.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Die
untere und die obere Folie sowie die zwischengeschaltete Faserstoffbahn werden aus
ihren jeweiligen Vorratskassetten mit gleichmäßiger Geschwindigkeit unter dem Einfluß
der Spannung abgezogen, welche durch die Antriebs scheiben 26 auf das gehärtete
Schichtkörperband 34 ausgeübt wird, das aus dem Ofen 21 austritt. Der Schichtkörper
35, der durch die Preßwalzen 10 und die Endauflagewalzen 15 gebildet wird, wird
über die Inspektionsfläche 17 der Bettplatte 5 bewegt, wobei er durch
die Schrägräderpaare
29 flach gehalten wird, durch deren Klemmstellen die Ränder des Schichtkörpers hindurchlaufen.
Nachdem der Schichtkörper sich am letzten Schrägräderpaar 29 vorbeibewegt hat, erhalten
jedoch durch die Antriebsscheiben 26 ausgeübten Spannungen einen herrschenden Einfluß
und bewirken das Einleiten der Wellung des Schichtkörpers. Bei der Bewegung des
Schichtkörpers über die Vorformungsfinger 19 werden diese Wellungen durch die Finger
so verändert, daß sie im wesentlichen die gewünschte Endform annehmen, nämlich die
durch den Former 20 vorgesehene Form. Der gerippte oder gewellte Schichtkörper wird
dann durch den Ofen 21 zur Härtung geleitet, wobei er gegen eine Bewegung aus der
richtigen Form durch die Führungsschienen 23 gehalten wird, worauf der Schichtkörper,
gegebenenfalls selbsttätig, beim Austritt aus dem Ofen 21 in die gewünschten Längen
geschnitten wird.
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Die Temperatur in den drei Abschnitten 21 a, 21b und 21c des Ofens
werden durch Regeleinrichtungen 22 geregelt, wobei z. B. drei Stufen für den Härtevorgang
vorgesehen sind, nämlich erstens die Einleitung der Polymerisationsreaktion, zweitens
die Regelung der Wirkung der durch die Polymerisationsreaktion, die exotherm ist,
erzeugten Wärme und drittens der Abschluß der Härtung, wobei die drei Stufen in
den Abschnitten 21 a, 21 b und 21 c des Ofens durchgeführt werden.
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F i g. 4, 5, 6 und 7 zeigen mit näheren Einzelheiten die Ausbildung
der Vorformungsfinger 19 und des Formers 20 und die allmähliche Veränderung im Querprofil
des Schichtkörpers bei seiner Bewegung über die Finger und den Former. Die das Profil
bildenden Vorformungsfinger 19 sind, wie sich aus F i g. 4 ergibt, so angeordnet,
daß sie vom rückwärtigen Ende des Formers 20 aus leicht divergieren, wobei die Divergenzwinkel
so eingestellt sind, daß sie der anfänglichen Richtung der Wellung des Schichtkörpers
entsprechen. Die anfänglichen Richtungen der Wellenbildung verlaufen natürlich wegen
der Verringerung der Breite des Schichtkörpers geringfügig nach innen, was durch
die Veränderung des Profils aus dem flachen Zustand in eine gewellte Form bedingt
ist.
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Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die Formung des Schichtkörpers
im wesentlichen beendet ist, bevor dieser in den Härteofen eintritt. Die Führungsschienen
23 sind notwendig, um eine unenvünschte Verlagerung des Schichtkörpers aus den Wellungen
des Formers 20 heraus zu verhindern und um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern.
Die Schrägräder 29 ermöglichen ferner eine Regelung der Stelle, an welcher die Wellenbildung
beginnt, da bis zum letzten Schrägräderpaar der Schichtkörper infolge der auf ihn
ausgeübten Querspannung im wesentlichen flach gehalten wird, welche durch die Bewegung
der Ränder des Schichtkörpers durch die Klemmstellen der Schrägräderpaare, die zur
Bewegungsrichtung des Schichtkörpers winkelig angeordnet sind, erzeugt wird.
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Die Ausübung der Querspannung auf die Außenfolien des Schichtkörpers
dient dazu, die untere Außenfolie flach zu halten, während das flüssige Harz aufgebracht
wird, und um zu verhindern, daß Falten entstehen, welche Höhlungen bilden, in denen
sich ein Harzüberschuß ansammeln kann. Ferner verhindert die Querspannung, daß der
Schichtkörper
auf der Bettplatte wandert, und ferner, daß die Folien
und bis zu einem gewissen Grade der ganze Schichtkörper sich zwischen dem zu formenden
Band und den Endauflagewalzen und sogar zur Folienwalze zurück einrollt, d. h.,
sie verhindert, daß die Breitenverringerung des Schichtkörpers im Wellungsbereich
längs des Schichtkörpers gegebenenfalls sogar bis zu den Folienwalzen zurückläuft,
was eine Runzelung des Folienmaterials und damit das Verderben seiner Oberfläche
zur Folge haben würde.
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Ferner kann der Betrag der Querspannung, der auf den Schichtkörper
wirkt, wenn die Längsspannung einen herrschenden Einfluß auszuüben beginnt, zusätzlich
durch Verstellung der Winkellage des letzten Paares der Schrägräder 29 verstellt
werden, so daß wiederum die Richtung und das Ausmaß der Wellenbildung je nach der
Art der Wellung des Formers 20 entsprechend der Gestalt der Vorformungsfinger 19
geregelt werden kann.
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Die Schienen 18 sind zu und voneinander verstellbar und dienen zur
Begrenzung des Ausmaßes der Wellenbildung, die sonst eine Fältelung in der Folie
und damit eine Beschädigung der Oberfläche des fertigen Produkts zur Folge haben
könnte. Hierbei ist zu erwähnen, daß der Former 20 vor dem Ofen nicht unbedingt
das gewünschte genaue Endprofil für das Band hat, da der Art des verwendeten Harzes
und anderen Bedingungen Rechnung getragen werden muß, die eine Zusammenziehung oder
Verwindung des Schichtkörpers zur Folge haben können.
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Die Beheizung der Walzen 4 ist nur erforderlich, wenn bestimmte Arten
hykroskopischer Folien verwendet werden. Die Verwendung dieser Walzen verhindert
dann eine übermäßige Schrumpfung, solange sich die Folie mit dem Imprägniermaterial
in Kontakt befindet.
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Bei bestimmten Arten von Harzen kann es auch vorteilhaft sein, einen
Kontakterwärmungs- oder -kühlkasten unterhalb der Bettplatte in den Imprägnier-
und Entlüftungsbereichen anzuordnen, um die Viskosität des Harzes regeln zu können.
Ein solcher Kasten kann unterhalb des erhöhten Teils der Bettplatte zwischen den
Stellen der Aufbringung des Harzes und der äußeren Folie angeordnet sein. Der Kasten
kann mit einem Einlaß und einem Auslaß für den Durchfluß von heißem und kaltem Wasser
versehen werden.
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Obwohl die Erfindung im vorangehenden in Verbindung mit der Verwendung
von hitzehärtbaren Harzen beschrieben wurde, können auch thermoplastische Harze
verwendet werden, wenn geeignete Heiz- und Kühlvorrichtungen in der Maschine vorgesehen
sind. Bei Verwendung von thermoplastischen Harzen muß der Schichtkörper über den
ganzen Wellungsbereich warm gehalten werden und auf seine endgültige Formgebung
im Bereich des in den Zeichnungen dargestellten Härteofens abgekühlt werden.
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Die Entlüftungswalzen können anstatt mit einem Drahtgeflechtmaterial
mit perforiertem Metall, Schafwolle oder mit einem anderen Material bedeckt werden,
das dazu beiträgt, die Blasen aus dem zur Imprägnierung verwendeten Harz freizusetzen.
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Die Erfindung ermöglicht somit die kontinuierliche Herstellung eines
gerippten oder gewellten Bandes aus harzimprägniertem Fasermaterial, wobei die Faserstofibahnen
mit verschiedenen Wellungen infolge der Auswechselbarkeit der Formgebungsvor-
richtung
und der Möglichkeit der Veränderung des Abstandes der Antriebsscheiben leicht hergestellt
werden können.