DE1271375B - Maschine zur Erzeugung von faserverstaerkten Rohren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B29d

Deutsche Kl.: 39 a3-23/12

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 71 375.6-16
9. März 1959
27.Juni 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Erzeugung von faserverstärkten Rohren, mit mehreren Garnspulen, einem Wickeldorn ^on im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt urüTAntriebsvorrichtungen für die Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Dorn und den Garnspulen, bei der von den Garnspulen eine Vielzahl von Garnfäden auf den Dorn dicht aneinanderliegend gewickelt und der Dorn relativ zu den Garnspulen axial hin- und herbewegt und die Garnspulen auf geschlossenen Bahnen um den Dorn geführt werden, wobei die Bewegung des Domes und die der Spulen um den Dorn beliebig aufeinander abgestimmt und zeitweise so eingestellt sind, daß aufeinanderfolgende Lagen des Garns mit Steigungswinkeln von entgegengesetzten Vorzeichen und von Größen, die erheblich kleiner als 90° und erheblich größer als 0° sind, auf den Dorn aufgewikkelt werden.

Die Zuführung von Garnfäden zum Wickeldorn bekannter Maschinen, mit denen faserverstärkte Rohre erzeugt werden, kann unter verschiedenen Anstellwinkeln vorgenommen werden. Bei einem Anstellwinkel von etwa 90° folgen dabei die einzelnen Windungen dicht aufeinander und schließen die lagenweise gegeneinander gewickelten Garnfäden von Lage zu Lage nur einen kleinen Winkel miteinander ein. Das andere Zuführungsextrem besteht in einem Zuführungswinkel von etwa 0°. Dabei erstrecken sich die Garnfäden dann im wesentlichen längs des zu bildenden Rohres. Zwischen aufeinanderliegenden Lagen sich längs des zu bildenden Rohres erstreckender Garnfäden ist in diesem Fall keine gegenseitige Winkellage vorhanden. Für den einen oder anderen Zweck mögen diese extremen Anstellwinkel erwünscht sein. Sehr haltbare Packungen ergeben sich aber erst, wenn die Anstellwinkel der einzelnen Lagen erheblich größer als 0°, jedoch auch erheblich kleiner als 90° sind. In diesem Fall schließen die übereinanderliegenden Garnfäden der einzelnen Lagen einen so großen Winkel miteinander ein, daß sich gute Festigkeitswerte bei dem zu bildenden Rohr ergeben. Die Maschine nach der Erfindung arbeitet in diesem Zwischenbereich.

Es ist bekannt, daß beim Arbeiten in diesem Zwischenbereich ein dichtes Aufschließen der aufeinanderfolgenden Garnfäden innerhalb einer Lage nur dann zu erhalten ist, wenn eine große Anzahl von Einzelfäden gleichzeitig verarbeitet wird. Das dichte Aneinanderanschließen ist dabei eine wichtige Voraussetzung für eine große Festigkeit der zu bildenden Rohrwandung.

Während der Herstellung eines Rohres wandert der Maschine zur Erzeugung
von faserverstärkten Rohren.

Anmelder:

Bristol Aeroplane Plastics Ltd.,

Bristol (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
William Andrew Baker,
Donald Arthur Shoemack,
Bristol (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 10. März 1958 (7631)

Wickeldorn zwischen zwei Endstellungen hin und her. In den Endstellungen erfolgt dann der Übergang von der einen Wickellage zur anderen und gleichzeitig der Übergang von dem einen Anstellwinkel zu dem komplementären Anstellwinkel. In diesen Übergangsbereichen bilden sich dann breite Übergangszonen, in denen der Wickeldurchmesser wesentlich größer ist als in den übrigen Rohrabschnitten. Diese wulstartige Verstärkung muß nach der Fertigstellung der Wicklung abgeschnitten werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Maschine zum Erzeugen von faserverstärkten Rohren zu schaffen, bei der die Verlustabschnitte an den Wickelenden möglichst kurzgehalten sind.

Die gestellte Aufgabe ist bei einer Maschine zum Erzeugen von faserverstärkten Rohren dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung eine relativ zu den Garnspulen ruhende, in beiden Bewegungsrichtungen des Domes arbeitsfähige Garnführung den Dorn umgibt, die mehrere über den Umfang des Domes verteilte Garnabgabestellen in möglichst geringem Abstand vom Dom aufweist.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Fadenführung so dicht wie möglich an die Oberfläche des Dornes bzw. des Wickels herangelegt ist, die Verlustabschnitte äußerst kurz sind. Unter sehr kurz ist dabei zu verstehen, daß die Verlustabschnitte, die bei diesem Aufbau theoretisch gleich Null werden können,

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beträchtlich kleiner als der Durchmesser des gewik- zug zwischen dem Umkehrgetriebe 110 und der Winde

ketten Rohres sind. Winde 108 gelegenen Winkeltriebgetriebe angetrieben

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfin- wird.

dung Liegen mehrere über den Umfang des Domes Zur Einstellung der verschiedenen Geschwindigverteilte Garnabgabestellen in einer zur Achse des 5 keiten der Getriebe 122, 123 und 124 sind Hebel

Domes senkrechten Ebene. Damit wird erreicht, daß 122 a, 123 α und 124 α vorgesehen. Die Getriebe 122

die Übergangszonen aller Einzelfäden gleich groß und 124 können dabei mit Umkehrgetrieben versehen

sind, weshalb einzelne Fäden im Übergangsmoment, sein, um ein Wickeln einzelner Gruppen aufeinander-

in dem die Zugspannung kurzzeitig unterbrochen folgender Schichten in einer Richtung zu gestatten; wird, nicht unterschiedlich stark durchhängen kön- io normalerweise sind die Getriebe aber so angeordnet,

nen. daß das mittlere Lieferwerk 118 in einer Richtung

Schließlich ist nach einer weiteren Ausgestaltung und die anderen Lieferwerke 117 und 119 in der ent-

der Erfindung als Garnführung ein Ring mit einer gegengesetzten Richtung umlaufen, so daß die

Vielzahl von Löchern als Garnabgabestellen vorgese- Schichten durch die gesamte Wicklung abwechselnd

hen und ist jedem der Löcher ein Fadenspreizer zu- 15 verschiedene Wickelrichtungen aufweisen. In der

geordnet. Über den Ring erfolgt dabei eine gute Wellenleitung 125 zwischen dem Winkelgetriebe 126

gleichmäßige Verteilung der Abgabestellen, und mit und den Getrieben 122, 123, 124 ist eine Einweg-

dem Fadenspreizer wird erreicht, daß die Fäden Antriebsvorrichtung 127 angeordnet, die eine Reihe

gleichmäßig auf den Dorn bzw. den Wickel aufge- von Umkehrgetrieben und zwei Einwegkupplungen

bracht werden. ao umfaßt, welche einen Umlauf der Eingangswellen-

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung leitung der Getriebe in ständig gleichbleibender Rich-

dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. tung ungeachtet der Umlaufrichtung der Winde 108

Es zeigt verursacht, so daß die Lieferwerke, nachdem die

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ma- Wicklung einmal begonnen hat, stets in denselben

schine zur Erzeugung von faserverstärkten Rohren, a5 Richtungen umlaufen. Die Lieferwerke 117, 118 und

F i g. 2 eine Seitenansicht einer Maschine mit einer 119 tragen mehrere Garnspulen 128, von denen

einzigen festen Garnführung und einem horizontal Garnfäden 129 zur Formoberfläche des Domes 104

hin- und herbewegten Dorn, gezogen werden. Infolgedessen werden die Liefer-

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Maschine nach werke bei Dornbewegungen in Abhängigkeit seiner

Fig. 2, 30 Geschwindigkeit in Umlauf versetzt. Die einzelnen

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie4-4 nach Windungen werden damit unter einem Steigungs-

Fig. 3, winkel, der dem Geschwindigkeitsverhältnis ent-

F i g. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 nach Fi g. 4. spricht, auf den Dorn aufgewickelt. Jedes Lieferwerk

Die in der F i g. 1 gezeigte Maschine besteht aus trägt so viele Spulen, daß es imstande ist, auch beim einer senkrechten Welle 101, die auf einer Grand- 35 kleinsten erforderlichen Steigungswinkel die ganze fläche angeordnet und an ihrem oberen Ende durch zu bedeckende Oberfläche mit aneinander anschlieeine entfernbare Haltevorrichtung 103 gehalten ist. ßenden Windungen zu bedecken. Ein auswechselbarer Dorn 104, der eine im wesent- Infolge des Abstandes der zwischen den ringförmilichen zylindrische Außenfläche aufweist, ist auf der gen Garnführungen 114,115 und 116 und der Ober-Welle 101 derart angeordnet, daß er sich frei auf- und 4° fläche des auf dem Dom gebildeten Rohres aufrechtabbewegen kann. Die Welle ist beispielsweise vier- erhalten werden muß, würde sich insbesondere beim eckig, um einen Umlauf des Domes auf der Welle zu Wickeln mit kleinen Steigungswinkeln bei jedem verhindern. Der Dom 104 ist mittels eines Seils 105, Wechsel der Bewegungsrichtung des Domes in den welches über Führungsrollen 106 und 107 zu einer Windungen eine Lockerung ergeben, würden die von einem geschwindigkeitskonstanten Elektromotor 45 Lieferwerke nicht mit einer Mindestgeschwindigkeit 109 über ein Umkehrgetriebe 110 mit Reibungs- in Umlauf gehalten. Um dies zu erreichen, wird die kupplungen oder Bremsen zur Erzeugung der Um- Welle 125 zusätzlich durch einen Motor 130 mit kehrung angetriebenen Winde 108 führt, auf der gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben, der so Welle hochziehbar. Eine Bremse 111 kann ebenfalls angeordnet ist, daß er bei der gewünschten Mindestvorgesehen sein, um die Winde nach Unterbrechung 50 geschwindigkeit umläuft, wobei eine Einwegkupplung des Antriebs in einer Richtung und vor Umkehr des 131 zwischengeschaltet ist, um der Welle 125 ein Antriebs in die andere Richtung zum Stillstand zu Überholen des Motors 130 zu gestatten, wenn der bringen. Infolge seines eigenen Gewichtes kann sich Antrieb wieder von dem Hauptmotor 109 aufgenomder Dorn 104 aber auch senken, wobei der Motor als men wird. Die Welle 125 kann noch mit einer Bremse Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung wirkt. Auf 55 132 versehen sein, welche die Lieferwerke am Überder Welle 101 sind einstellbare Grenzschalter 112 und holen beider Motore hindert, wenn die Winde durch 113 angeordnet, welche die Umkehrpunkte der Winde die Bremse 111 angehalten wird. Die Bremsen 111 108 bestimmen. und 132 werden dann zusammen betätigt; vorzugs-

Drei ringförmige Garnführungen 114, 115, 116 weise wird die Bremse 132 aber gelöst, wenn die Geumgeben den Dorn und werden jeweils durch die 60 schwindigkeit das aufrechtzuerhaltende Minimum erumlaufenden Lieferwerkell7, 118 und 119 für die reicht.

Garnspulen getragen. Die äußeren Ränder der Liefer- Wenn die gewünschte Anzahl Schichten auf den werke bilden Schienen, die auf drei mit Gummireifen Dom aufgebracht worden ist, wird die Maschine anversehenen Rädern 120 laufen. Jeweils eines dieser gehalten und der Dom von der Welle 101 nach oben zu jedem Lieferwerk gehörenden Räder wird durch 65 gezogen, wobei die Windungen zwischen den Garndie Wellen 121 der Getriebe 122, 123 und 124 an- führungen und dem Dom abgetrennt und die losen getriebe]), für deren Antrieb wieder eine gemeinsame Enden gegebenenfalls befestigt werden können. Die Welle 125 sorgt, die von einem im Antriebswellen- F i g. 2 bis 5 zeigen eine Maschine, bei der nur eine

einzige ringförmige GarnfUhrung zur Verwendung kommt, wobei sowohl die Garnführung als auch das die Garnspulen tragende Lieferwerk feststehend ist. Die Maschine ist infolgedessen für die Herstellung von Rohren und länglichen Körpern von so großem Durchmesser geeignet, bei denen es infolge der großen Anzahl der in Frage kommenden Windungen nicht praktisch wäre, das Lieferwerk in Umlauf zu versetzen oder es zum Wickeln mehr als einer Schicht bei jedem Durchgang zu verdoppeln. Außerdem ist der Dorn so angeordnet, daß er um eine waagerechte Achse umläuft, was bei einer Verwendung von sehr langen Dornen weniger Schwierigkeiten mit sich bringt als eine senkrechte Anordnung.

Die Maschine besteht aus einem Kopfstück 10 und einem Reitstock 11, die durch Klemmen 12 und 13 mit einem Rohr 14 verbunden sind, wobei die Klemme 13 lösbar ist, so daß die Entfernung zwischen dem Kopfstück und dem Reitstock je nach dem in Arbeit befindlichen Werkstück eingestellt werden ao kann. Das Kopfstück 10 und der Reitstock 11 sind mit Rädern ausgerüstet und auf einer Schiene 16 verschiebbar. Die Schiene liegt in einer Vertiefung; die Achsen des Kopfstückes und des Reitstockes sind damit in einer bequemen Arbeitshöhe über dem Boden 18 untergebracht. Der Reitstock trägt eine Spindel 19 zur Halterung des hinteren Dornendes 20, der als glatter zylindrischer Dorn zur Herstellung eines Rohres von großem Durchmesser dient. Innerhalb bestimmter Grenzen können Dorne auch verwendet werden, die einen abweichenden Querschnitt aufweisen. Die Spindel 19 ist mittels eines Griffes 21 axial verstellbar.

Das Kopfstück 10 trägt eine mit Keilnuten versehene Spindel 22 zur Lagerung und zum Antrieb des vorderen Endes des Domes 20, wobei die Spindel über ein Getriebe, das sich in dem auf dem Kopfstück befindlichen Getriebekasten 23 befindet, von einer senkrechten Welle 24 angetrieben wird, die selbst ihren Antrieb über ein in dem zwischen den Rädern befindlichen Kasten 25 enthaltenes Kegelradgetriebe erhält. Die Antriebswelle des Getriebes 25 trägt ein Zahnrad, das mit einer Kette 26 zusammenarbeitet, die von einem Befestigungspunkt 27 an dem Kopfstück, über ein Antriebszahnrad 28, durch das Rohr 14, über ein Rücklaufzahnrad 29 und ein Spannrad 30 zu einem Verbindungsbügel 31 verläuft, der sich auf dem rückwärtigen Ende des Rohres 14 befindet. Die Antriebseinheit, die in einer Verlängerung 32 am Ende des trogförmigen Bettes 17 angeordnet ist, besteht aus einem ortsfest angeordneten, ständig umlaufenden Elektromotor 33, der über eine biegsame Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe und ein in dem Getriebekasten 35 enthaltenes Umkehrgetriebe eine Welle 34 antreibt, auf der sich das Zahnrad 28 befindet. Durch abwechselndes Zusammenwirken zweier Reibungskupplungen 36, 37 wird das Zahnrad 28 aus seiner Ruhestellung beschleunigt und bei einer gleichbleibenden Geschwindigkeit in die eine oder andere Richtung zur Umkehr der miteinander verbundenen Spindeln des Kopfstückes und des Reitstockes gedreht, während eine auf die Welle 34 einwirkende Reibungsbremse 38 das Abbremsen während des Wechsels von einer Kupplung auf die andere vornimmt. Die Antriebseinheit wird so gesteuert, daß das Kopfstück und der Reitstock mit dem zwischen diesen beiden Teilen gehaltenen Dorn zwischen den Anschlägen hin und her schiebbar ist.

Bei einer Hin- und Herbewegung des Kopfstückes und des Reitstockes kann durch die Kette 26 auch die Kopfspindel 22 durch die Getriebe 23 und 25 bei einer Geschwindigkeit, die der jeweiligen Durchgangsgeschwindigkeit proportional ist, in Umlauf versetzt werden, wobei die Beziehung zwischen den beiden Geschwindigkeiten und damit der durch Punkte auf der Dornoberfläche bezeichnete Steigungswinkel vom Durchmesser des Domes und dem Geschwindigkeitsverhältnis, auf das das Getriebe 23 eingestellt worden ist, abhängt.

Da der Dorn seinen Umlauf in dieselbe Richtung während der aufeinanderfolgenden Durchgänge fortsetzen muß, weil sonst die Windungen sich wieder lösen, wenn sie nicht am Ende der vorhergehenden Schicht festgehalten sind, muß in dem Antrieb zwischen der Kette und dem Dorn eine Umkehrvorrichtung vorgesehen sein.

Das Garn zum Aufbringen der Wicklungen auf den Dorn wird von mehreren Spulen 39, die auf feststehenden Lieferwerken 40 gelagert sind, abgewickelt. Die Lieferwerke 40 sind an jeder Seite des trogförmigen Bettes 17 am Werkstattboden befestigt. Das Garn für diese Spulen läuft über Spann- und Führungsrollen 41 zu einem äußeren Führungsring 42 (F i g. 4), der den Dorn 20 umgibt und von einem feststehenden Rahmen 43 und Versteifungsblechen 44 gestützt wird. Der äußere Führungsring 42 ist kastenförmig ausgebildet und weist eine große Anzahl von Stangen 42 a, die als Führungen für das von den Lieferwerken ankommende Garnmaterial dienen, auf. Die Garnfäden verlaufen zwischen den Stangen 42 α hindurch zu einem inneren Führungsring 45, der durch Platten 46 an den Versteifungsblechen 44 befestigt ist, die den äußeren Führungsring stützen. Der innere Führungsring 45 ist mit Führungslöchern 45 α für die Garngruppen versehen und ist vorzugsweise leicht austauschbar, da es wünschenswert ist, den Abstand zwischen ihm und dem zu verwendenden Dorn nicht größer als nötig zu halten.

Wie es in der F i g. 5 schaubildlich gezeigt ist, ist der innere Ring 45 für jede Garnabgabestelle 45 a mit einem Fadenspreizer 49 versehen, der bei 49 α drehbar gelagert ist, um sich in einer Ebene radial zur Achse des Domes bewegen zu können; der Fadenspreizer spreizt die Windungen 47, die durch die Abgabestellen 45 α hindurchkommen, und verteilt die Garnfäden gleichmäßig auf die Dornoberfläche. Bogenförmige Stangen 48 auf jeder Seite der Kämme

49 sorgen für eine Führung in dieser Ebene. Wenn sich die Bewegungsrichtung des Domes 20 umkehrt, stellen sich die Fadenspreizer auf die neue Richtung ein und legen die Windungen in der punktierten Linie

50 ab.

Infolge des Wechsels im Steigungswinkel beim Übergang von der einen Dornbewegungsrichtung in die andere erhöht sich die Stärke der aufgewickelten Schicht an den Enden der Wicklung. Die Länge der verdickten Enden hängt von der Länge der Steigungstangente, gemessen von den Garnführungen 48 des Innenringes zur Oberfläche des Garns, ab, die wiederum von dem radialen Abstand des Innenringes vom Dorn bestimmt wird, so daß diese Abmessung möglichst gering gehalten werden sollte, wenn es nicht besonders erwünscht ist, Gegenstände mit verdickten Enden von größerer als der Mindestlänge herzustellen. Bei der Herstellung von Gegenständen auf Dornen, die nicht überall einen kreisförmigen Querschnitt

aufweisen, wird die Wicklung zwischen den verdickten Enden ebenfalls von der genauen Steigung eines konstanten Winkels abweichen. Da der Steigungswinkel sich in entgegengesetztem Sinne mit dem Durchmesser des Domes verändert, gleichen sich die Wirkungen mit Bezug auf die Dicke des aufgebrachten Materials in weitem Maße selbst aus. Bei Teilen mit größerem Durchmesser, bei denen der Steigungswinkel am geringsten ist, besteht jedoch in Längsrichtung die Gefahr eines Festigkeitsverlustes in der Längsrichtung, was beachtet werden muß, wenn die Gegenstände einem inneren Druck unterworfen werden sollen. Bei der Herstellung solcher Gegenstände sollte der günstigste Steigungswinkel eingesetzt werden. Es ist möglich, durch ein stufenlos regelbares Getriebe in dem Kopfstück, welches durch eine neben der Schiene 16 befestigte Nockenlaufbahn gesteuert wird, den Steigungswinkel über die Länge eines Domes, dessen Durchmesser sich im Verlaufe seiner" Länge ändert, konstant zu halten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Maschine zur Erzeugung von faserverstärkten Rohren, mit mehreren Garnspulen, einem Wickeldorn von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt und Antriebsvorrichtungen für die Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Dorn und den Garnspulen, bei der von den Garnspulen eine Vielzahl von Garnflächen auf den Dorn dicht aneinanderliegend gewickelt und der Dorn relativ zu den Garnspulen axial hin- und herbewegt und die Garnspulen auf geschlossenen Bahnen um den Dorn geführt werden, wobei die Bewegung des Doms und die der Spulen um den Dorn beliebig aufeinander abgestimmt und zeitweise so eingestellt sind, daß aufeinanderfolgende Lagen des Garns mit Steigungswinkeln von entgegengesetzten Vorzeichen und von Größen, die erheblich kleiner als 90° und erheblich größer als 0° sind, auf den Dorn aufgewickelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine relativ zu den Garnspulen (39,128) ruhende, in beiden Bewegungsrichtungen des Doms (104) arbeitsfähige Garnführung (42,45,114,115,116) den Dorn (104) umgibt, die mehrere über den Umfang des Doms (104) verteilte Garnabgabestellen in möglichst geringem Abstand vom Dom (104) aufweist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über den Umfang des Doms (104) verteilte Garnabgabestellen in einer zur Achse des Doms (104) senkrechten Ebene liegen.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch . gekennzeichnet, daß als Garnführung ein Ring

(45) mit einer Vielzahl von Löchern (45 a) als Garnabgabestelle vorgesehen und jedem der Löcher (45 a) ein Fadenspreizer (49) zugeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 798 531, 2 723 705,
656 873, 2748 830, 2714414.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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