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Verfahren und Vorrichtung Zur intermittierenden, kontinuierlichen
Herstellung von Rohren beliebiger Länge aus glasfaserverstärkten, härtbaren Harzen
Zur Herstellung endloser Rohre aus faserverstärkien Kunstharzen können mit härtbarem
Kunstharz getränkte Faserstränge oder Rovings auf einen Dorn gewickelt werden. Nachdem
über diesen Rohrkörper als weiteres formgebendes Werkzeug ein Außenformrohr geschoben
worden ist, wird der Rohrkörper geliert und ausgehärtet. Anschließend wird der Rohrkörper
von einer Abzugsvorrichtung erfaßt und im Taktverfahren aus dem formgebenden Werkzeug
herausgezogen.
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Nach einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung endloser hohler
Formteile von geringer lichter Weite wird als formgebendes Werkzeug ein fester Kern
verwendet, auf dem in Abständen hintereinander Schläuche aus aufblasbarem Material
angeordnet sind. Über die aufgeblasenen Schläuche werden zunächst Faserstränge oder
Rovings zu einem rohrförmigen Körper gewickelt. Die auf einem dieser Schläuche befindlichen
Wicklungen werden dann in ein Außenformrohr eingeschoben und mit härtbarem Kunstharz
getränkt. Dieser noch leicht verformbare Rohling wird zur Aushärtung über einen
festen Dorn geschoben und zur Aushärtung in einen Tunnelofen eiflgebracht. Beim
partiellen oder vollständigen Aushärten von hohlen Formteilen aus faserverstärkten
Kunstharzen schrumpfen diese Formkörper auf den Dorn auf und können nur noch unter
großen Schwierigkeiten davon abgezogen werden.
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Diese Nachteile sollen nach einem anderen bekannten Verfahren dadurch
beseitigt werden, daß mit Kunstharz getränkte Faserstränge oder Rovings auf einen
einseitig gelagerten hohlen Formkörper gewikkelt werden; das freie Ende des Rohrwickels
wird durch einen im Umfang bündig abschließenden Dekkel abgeschlossen. Der Formkörper
ist mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit gefüllt, die gegen diesen Deckel
druckt und ihn dadurch mit dem ihm anhängenden Rohrrohling in dem Maße'in axialer
Richtung weiterbewegt, wie der Druck gesteigert wird. Auf diese Weise wird der Rohrrohling
von dem Formkörper kontinuierlich abgezogen. Zur Erleichterung des Abziehens kann
die Außenseite des Formkörpers vor dem Aufwickeln der kunstharzgetränkten Faso;
stränge oder Rovings mit einer dünnen Trägerschicht überzogen werden, die nicht
auf der Hülse haftet.
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Durch Einsatz einer erwärmten Druckflüssigkeit kann die Aushärtung
des noch weichen Rohrrohlings bewirkt werden. Diese Art der Durchführung des bekannten
Verfahrens hat jedoch den Nachteil, daß die Innenfläche des gefertigten Formstücks
noch die Trägerschicht aufweist. Weiterhin bedarf es in jedem Fall zusätzlicher
Maßnahmen, die in das Formstück
gepreßte Flüssigkeit vollständig wieder daraus zu
entfernen und zu sammeln.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Herstellung hohler Formkörper
dadurch zu automatisieren, daß harzgetränkte Textilbahnen in mehreren nebeneinanderliegenden
oder sich teilweise überlappenden Lagen von einer in axialer Richtung des herzustellenden
Hohlkörpers hin und her beweglichen Imprägnier- und Wickelvorrichtung auf eine rotierende,
aber örtlich feststehende Form gewickelt werden. Hierbei besitzen die von der Form
abgezogenen gewickelten Zylinder nur die Länge der Form.
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Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein Verfahren zur intermittierend
kontinuierlichen Herstellung von Rohren beliebiger Länge, insbesondere solchen mit
kreisförmigem Querschnitt aus textil- oder glasfaserverstärkten härtbaren Harzen,
insbesondere Polyesterharzen, beim dem mit Harz getränkte Faserstoffbahnen auf eine
Form gewickelt und taktmäßig abgezogen werden. Kennzeichnend ist für dieses Verfahren,
daß die auf die Form aufgebrachten Wicklungen während des Wickelns teilweise gehärtet
werden, der gewickelte und teilweise gehärtete Rohrabschnitt dann zum Teil abgezogen
und die Form zum Abziehen vorübergehend im Durchmesser verkleinert und nach dem
Abziehvorgang ein weiterer Rohrabschnitt auf die Form gewickelt wird. Auf diese
Weise ist es möglich, mit einer Form beschränkter Länge Hohlkörper herzustellen,
deren Länge ein Vielfaches der Länge der Form beträgt. Das von der Form abgezogene
Stück des Hohlkörpers wird so gelagert, daß
es die Rotationsbewegung
der Form während weiterer Wickelvorgänge mitmacht. Die rofferende Form besitzt für
die Herstellung von Rohren mit verschiedenen Durchmessern zweckmäßig einen runden
Querschnitt. Sie kann aber auch andere Querschnittsformen aufweisen und beispielsweise
oval oder viereckig sein. Um die Länge der Form möglichst vollständig auszunutzen,
empfiehlt es sich, jeweils vier Fünftel oder mehr des neu gewickelten Rohrabschnitts
abzuziehen. Die völlige Durchhärtung der kunstharzgetränkten Glasfaserbahnen, die
schon während des Wickelvorgangs durch die Einwirkung von Wärme teilweise gehärtet
werden, erfolgt bei den bereits von der Form abgezogenen Teilabschnitten des Rohrkörpers,
die zu diesem Zweck von einem Tunnelofen umgeben werden. An eine solche beheizte
Nachpolymerisationszone schließt sich zweckmäßig eine Abkühlzone an und anschließend
werden von so hergestellten endlosen Rohren Teilstücke der gewünschten Länge abgetrennt.
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Da man durch Aufwickeln verschiedenartiger Glasfasertextilien größere
Festigkeit der Faserverstärkung und damit der erzeugten Hohlkörper erreichen kann,
werden vorzugsweise gleichzeitig von zwei Seiten Glasfaserbahnen oder Stränge von
Rovings auf die rotierende Form gewickelt. In diesem Fall kann es genügen, wenn
nur eine der gleichzeitig zugeführten Bahnen, und zwar vorzugsweise die schmalere,
mit Harz getränkt wird.
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Es wurde deshalb- nach Möglichkeiten gesucht, rohrförmige Formkörper
beliebiger Länge in einem technisch einfachen Verfahren aus glasfaserverstärkten
härtbaren Harzen herzustellen und dabei die Nachteile der bekannten Verfahren und
- Vorrichtungen zu vermeiden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es nunmehr möglich, durch Aufwickeln von mit härtbaren Harzen getränkten Glasfasergeweben
oder Rovings auf einer Form Rohlinge für Rohre herzustellen, die anschließend ausgehärtet
werden. Durch die Eigenart der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere durch
den Aufbau der Form ist es möglich, die teilweise oder vollständig polymerisierten
Rohrrohlinge ohne Schwierigkeiten von der Form abzuziehen. Das Anbringen einer besonderen
Trägerschicht, die mit den gefertigten Rohrabschnitten von der Form abgezogen wird,
ist nicht notwendig. Auch ist aus den Formstücken keine Flüssigkeit zu entfernen,
die während der Formung in den Hohlraum des Formstücks gepreßt wurde.
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Durch automatische Regeleinrichtungen kann dafür gesorgt werden,
daß die Bahnen oder Stränge beim Rücklauf mit immer kleinerer Steigung gewickelt
werden, so daß die Schichtdicke am Anfang eines jeden Wickelabschnittes allmählich
zunimmt.
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In entsprechender Weise wird dafür gesorgt, daß die Glasgewebebahnen
oder Rovingstränge während der Wicklung beim Vorlauf, d. h. in der Abziehrichtung
der Rohrkörper, mit zunehmend größerer Steigung gewickelt werden, so daß hier die
Schichtdicke eines angewickelten Abschnitts allmählich abnimmt. Auf diese Weise
überlappen sich die einzelnen Rohr; abschnitte, und die hergestellten Rohre zeigen
über die ganze Länge gleichmäßige Festigkeit und Dicken, ohne daß die Übergänge
zwischen den einzelnen Wickelabschnitten in den Eigenschaften der Rohre oder in
deren äußerem erkennbar sind.
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Hierzu wird vorteilhaft vine Vorrichtung mit einer einseitig gelagerten
Form verwendet, wobei diese Form mit Felgen besetzt ist und in den Felgen aufpumpbare
Schläuche angeordnet sind, die gemeinsam von einem geschlitzten Mantel aus Federstahl
und einem Mantel aus elastischem, temperaturbeständigem Material umschlossen sind.
Als Form kann jedoch auch eine Einrichtung eingesetzt werden, die aus einem unmittelbar
auf eine Achse aufgelegten, aufpumpbaren Schlauch besteht, der von einem geschlitzten
Mantel aus Federstahl und einem Mantel aus elastischem, temperaturbeständigem Material
umschlossen ist. Der Form sind vorteilhaft ein Support zum Abziehen und mehrere
Rollensätze oder Linetten zur Führung des gewickelten Rohrs während des Anwickelns
weiterer Abschnitte bzw. während des Abziehens derselben zugeordnet.
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Die Vorrichtung kann weiter mit zwei changierend vor- und zurücklaufenden
und in ihrem Winkel zur rotierenden Form verstellbaren Imprägnier- und Wickelvorrichtungen
ausgerüstet sein.
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Das Wickeln der einzelnen Abschnitte sowie das Abziehen dieser Abschnitte
unter gleichzeitiger Verkleinerung des Durchmessers der Form und die zur Durchführung
des Verfahrens in seiner Gesamtheit dienende Vorrichtung sei an Hand der schematischen
Darstellungen der Fig. 1 bis 6 im einzelnen erläutert.
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F i g. 1 zeigt - teilweise im Schnitt - eine Seitenansicht einer
kontinuierlich intermittierend arbeiten* den Wickelvorrichtung für Rohre von großem
Durchmesser; F i g. 2 gibt die schematische Draufsicht auf die in F i g. 1 dargestellte
Vorrichtung wieder; in F i g. 3 ist ein Querschnitt durch die Form und die Wickelvorrichtung
gemäß Fig. 3; F i g. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Form und die Wickelvorrichtung,
gemäß F i g. 3; Fig. 5 und 6 zeigen in Quer- bzw. Längsschnitt wesentliche Einzelheiten
des konstruktiven Aufbaus der Form.
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F i g. 1 läßt die einzelnen Zonen des Wickelprozesses erkennen, und
zwar umfaßt 1 die Wickelzone, 2 den Tunnelofen mit der Nachpolymerisationszone,
der eine Abkühlungszone 3 folgt. Mittels einer rundlaufenden Säge oder ähnlich geeigneten
Vorrichtungen9 werden von dem erzeugten Rohr die gewünschten Längenabschnitte 4
abgetrennt.
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Die Form 5, deren Durchmesser in dem erforderlichen Maß verringert
werden kann, ist mittels der Welle 10 in den Lagern 11 einseitig gelagert. Bei Beginn
des Wickelvorgangs schließt sich unmittelbar an die Form 5 ein gleichfalls um die
Rotationsachse der Form 5 drehbarer, aber mit dieser nicht verbundener Support 16
an. Während des Wickelns wird die Form 5 von einem Getriebemotor 12 angetrieben.
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Von zwei Wickel- und Imprägniervorrichtungenl3, die auf den Grundrahmen
14 von Spindeln 15 angetrieben changierend vor- und zurücklaufen, werden die harzgetränkten
Glasfaserbahnen oder Rovingstränge changierend auf die Form 5 und den Support 16
aufgewickelt, wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt.
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Nach Beendigung eines Wickelvorganges, wie z. B. des ersten Wickel
abschnitts, wird die Drehbewegung der Form 5 abgestellt, der Durchmesser der Form
5 mittels nachfolgend im einzelnen beschriebener Maßnahmen geringfügig verkleinert
und der fertiggestellte Wickel abschnitt bis auf einen geringen Rest
von
etwa 5 bis 10 O/o der Länge des Wickelabschnitts von der Form 5 abgezogen.
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Der abgezogene Teil des Rohrs wird hierbei auf einer Rollenstraße
von Einzelrollen 18 geführt. Diese Rollen 18 sind so gelagert, daß sie das erzeugte
Rohr während des Weiterrückens beim Abziehen eines weiteren Rohrabschnitts führen.
Während des Wickelvorgangs können sie jedoch jeweils so ausgerückt werden, daß sie
das rotierende Rohr nicht berühren.
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Beim Abziehen eines fertiggestellten Rohrabschnitts laufen die Imprägnier-
bzw. Wickelvorrichtungen 13, die sich am Ende des Wickelvorgangs weitgehend am Anfang
der Form 5 befanden, in Abzugsrichtung mit.
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Abschließend wird der Durchmesser der Form 5 wieder auf den ursprünglichen
Wert vergrößert, der fertiggestellte Rohrabschnitt wird nun von dem Support 16 und
einem schmalen Rand auf der Form 5 gehalten und von den Rollen 8 der Rollenstraße
getragen. Je nach Bedarf und Bewegungsrichtung der fertiggestellten Rohrabschnitte
können die Rollen 8 im Wechsel mit den Rollen 18 ausgerückt, bzw. an den Rohrabschnitt
herangebracht werden. Nunmehr kann der Wickelprozeß fortgesetzt und ein weiterer
Rohrabschnitt angewickelt werden.
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Die Form 5 wird zweckmäßig je nach der Größe der herzustellenden
Rohre verschieden ausgebildet.
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Für sehr große Rohre von mehr als 500 mm Durchmesser, wie sie insbesondere
im Behälterbau Verwendung finden, ist die Form 5 zweckmäßig als Trommel ausgebildet.
Bei geringerem Rohrdurchmesser verwendet man besser einen Dorn, dessen Durchmesser
vergrößert bzw. verkleinert werden kann.
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Die Trommel besteht aus einer mechanischen oder hydraulischen Vorrichtung,
mit der automatisch der Durchmesser der Trommel vergrößert und verkleinert werden
kan. Über diese Vorrichtung, die bereits weitgehend die äußere Form eines Zylinders
bzw. des herzustellenden Formkörpers besitzt, ist ein dünner Mantel aus Federstahl
6 gelegt, dessen Enden bei Verkleinerung des Trommeldurchmessers aneinanderstoßen,
bzw. bei einer Vergrößerung geringfügig auseinanderrücken. Vorzugsweise sind die
Enden des Mantels aus Federstahl 6 jedoch verjüngt und überlappen sich bei geringerem
oder größerem Trommeldurchmesser mehr oder weniger. Der Mantel aus Federstahl 6
hat zweckmäßig eine Dicke von 1 bis 3 mm, vorzugsweise 2 mm.
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Über diesen Federstahlmantel 6 liegt ein Mantel 7 aus einem elastischen
und temperaturbeständigen Kunststoff, der mit dem Material des gewickelten Rohres
keine Verbindung eingeht und von diesem daher leicht ablösbar ist. Materialien für
diesen Mantel 7 sind beispielsweise Silikongummi, Vulkollan, Polypropylen usw. Auf
den elastischen Mantel 7 werden die harzgetränkten Glasfaserbahnen gewickelt und
gleiten beim Abziehen leicht davon ab.
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Die Stärke des Mantels 7 beträgt etwa 2 bis 5 mm.
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Die aus dem Stahlmantel 6 und dem elastischen Mantel 7 gebildete
Oberfläche der Form 5 kann durch die mechanischen oder hydraulischen Vorrichtungen
im Inneren der Form 5 vergrößert bzw. verkleinert werden. Für das Abziehen des gewickelten
Rohrabschnitts genügt im allgemeinen eine Verkleinerung des Umfangs um 3 bis 4 cm
oder dementsprechend bei zylindrischen Rohren eine Verringerung des Durchmessers
um 10 bis 20 mm. Eine bevorzugte Ausführungsform für das Innere der Form 5 ist in
F
i g. 5 im Querschnitt und in F i g. 6 im Längsschnitt dargestellt. Die Achse 10
der Form 5 ist in diesem Fall wenigstens in dem von der Form 5 umgebenen Teil hohl.
Auf der Achse 10 sind in bestimmten Abständen vorzugsweise im Abstand von 0,3 bis
1,2 m Radtrommeln mit Felgen 23, etwa Autorädern vergleichbar, aufgezogen. Speichen
22 verbinden die hohle Antriebwelle 10 mit den im Querschnitt glockenartig geformten
Felgen 23. In diesen Felgen 23 liegen aufpumpbare Rundbälge oder Schläuche 24, deren
Ventile 25 in der Weise durch Öffnungen in den Felgen 23 geführt sind, wie dies
beispielsweise bei Autoreifen allgemein üblich ist. Durch gleichmäßiges Aufblasen
mit Luft, Gasen oder Flüssigkeiten spannen diese aufpumpbaren Rundbälge oder Schläuche
24 den darüberliegenden Federstahlmantel 6, der seinerseits den darüberliegenden
elastischen Mantel 7 ausdehnt und strafft.
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Die Vergrößerung und Verkleinerung des Querschnitts der Form kann
auch mit anderen mechanischen oder hydraulischen Mitteln erreicht werden, beispielsweise
dadurch, daß Kreissegmente von der Antriebswelle hydraulisch nach außen gepreßt
bzw. nach innen gezogen werden. Bei einer anderen Ausführungsform werden hohle Kreissegmente
von Federn nach innen gezogen, so daß sie eine zylindrische Form bilden, deren Querschnitt
kleiner ist als der Querschnitt des herzustellenden Rohres. Die hierfür notwendige
Vergrößerung wird durch Aufblasen von elastischen Kammerbälgen erreicht, die in
den hohlen Kreissegmenten liegen und diese gegen die Kraft der Feder nach außen
drücken, so daß sich der Federstahlmantel 6 und der elastische Mantel 7 spannen.
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Für die Herstellung von Rohren mit geringerem Durchmesser, insbesondere
von etwa 100 bis 500 mm, ist die Form 5 besser als Dorn-ausgebildet.
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Um die hohle oder volle Achse 10 schließt sich hierbei ein Doppelschlauch
aus elastischem Material, der zwischen seiner inneren und äußeren Wandung aufblasbar
ist. Um diesen Doppelschlauch ist ebenso wie bei der trommelartigen Form 5 ein offener
oder zweckmäßig sich überlappender Mantel 6 aus Federstahl und ein elastischer Mantel
7 gelegt. Auf diesen wird das zu erzeugende Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff
in der gleichen Weise gewickelt, wie es vorstehend für Rohre größerer Abmessung
beschrieben ist. Auch das Abziehen eines einzelnen Rohrabschnitts erfolgt im wesentlichen
ebenso wie bei Rohren mit größerem Durchmesser. Es empfiehlt sich jedoch, die Rohre
mit geringerem Durchmesser statt auf Rollen auf einer Linettenstraße zu lagern.
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Die Linetten können ihrerseits noch in fahrbarem Rahmen angebracht
sein, um den Abstand der Linetten beliebig verändern zu können. Bei diesen Rohren
ist zum Abziehen auch kein besonderer Support 16 mehr erforderlich, sondern es genügt,
wenn an dem Beginn des ersten Rohrabschnitts mit Greifern ein Seilzug befestigt
wird, mit dem der jeweils erzeugte Rohrabschnitt von dem Dorn abgezogen wird. Die
Nachpolymerisation und das Abkühlen, wie auch das Abtrennen von Rohrstücken bestimmter
Länge unterscheiden sich nicht wesentlich von den entsprechenden Arbeitsgängen bei
der Herstellung von Rohren mit größerem Durchmesser.
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Auch hier kann die Trennvorrichtung nicht nur den Trennschnitt ausführen,
sondern zugleich ein gegebenenfalls gewünschtes Montageprofil einschleifen.
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Für Rohre. von noch geringerem Durchmesser, d. h. insbesondere von
etwa -50 bis 100 mm, kann die Form 5- von einem Dorn gebildet werden, der aus einem
festeren Gummischlauch besteht und um den ebenso wie bei den größeren Ausführungen
ein offener oder sich überlappender Federstahlmantel 6 und aus einem elastischen
und temperaturbeständigen Material bestehender Mantel 7 gelegt sind.