DE1301464B

DE1301464B - Verfahren und Einrichtung zum Herstellen rohrfoermiger Gegenstaende, bei welchem mehrere Lagen eines Bandes aus mit waermehaertendem Harz impraegnierten Fasern auf einen Dorn gewickelt werden

Info

Publication number: DE1301464B
Application number: DES83878A
Authority: DE
Inventors: Reed Daniel Joseph
Original assignee: AO Smith Corp
Current assignee: AO Smith Corp
Priority date: 1959-04-20
Filing date: 1963-02-23
Publication date: 1969-08-21
Also published as: FR1359169A

Description

Die Erfindung betnfft ein Verfahren zum Herstellen rohrförmiger Gegenstände, bei welchem mehrere Lagen eines Bandes aus mit wärmehärtendem Harz imprägnierten Fasern auf einen axial vorbewegten Dorn gewickelt werden, jede Lage auf dem Dorn vor dem Wickeln der nächstfolgenden Lage erwärmt wird und danach der gebildete rohrförmige Teil erwärmt wird, um das Harz zu härten und eine einheitliche Ausführung zu bilden.
Wenn auf diese Weise ein mehrlagiger rohrförmiger Gegenstand hergestellt wird, besteht ein Problem darin, eine Härtung des Harzes derart zu erhalten, daß die Rohrwandung eine einzige homogene Masse bildet. Falls dies nicht der Fall ist, besteht die Gefahr, daß im Gebrauch und insbesondere bei großen Belastungen sich die Lagen voneinander trennen,-so daß der rohrförmige Gegenstand unbrauchbar werden kann.
Um eine solche Gefahr auszuschalten, erfolgt bei einem Verfahren der genannten Art gemäß der Erfindung die Erwärmung jeder auf den Dorn gewickelten Bandlage bis zu einer Temperatur, die ausreicht, das wärmehärtende Harz vor dem Aufbringen der nächsten Lage zu einer homogenen Masse zusammenzuschmelzen.
Vorzugsweise kann jede Bandlage kurz nach ihrem Wickeln auf den Dorn erwärmt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann jede Bandlage in teilweise gehärtetem Zustand ihres wärmehärtenden Harzes auf den Dorn gewickelt werden.
Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß das Harz aller Bandlagen zu einer homogenen Masse zusammengeschmolzen wird, so daß ein Trennen der Lagen beim Gebrauch des rohrförmigen Gegenstandes sicher verhindert ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise gebrochene und teilweise geschnittene Teilansicht eines Wickelkopfes.
In F i g. 1 ist eine Einrichtung zur fortlaufenden Herstellung von faserverstärktem Kunststoffrohr schematisch wiedergegeben, welche eine Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Wickelvorrichtungen 1 aufweist, die Band 2 aus mit wärmehärtenden imprägnierten Fasern auf einen axial vorbewegten Dorn 3 aufwickeln können. Der Dorn 3 wird mittels einer Vorschubvorrichtung 4 durch die Wickelvorrichtungen 1 hindurch vorbewegt, und in Ausrichtung mit den Wickelvorrichtungen 1 ist ein Wärmebehandlungsofen 5 angeordnet, der dazu dient, das Harz nach Wickeln der letzten Lage zu härten und ein einstückiges Rohr zu bilden.
Jede Wickelvorrichtung 1 weist einen Rahmen 6 auf, der auf dem Fundament ruht und einen drehbaren ringförmigen Wickelkopf 7 abstützt, der gleichachsig zu dem Dorn 3 angeordnet ist. Der Rahmen 6 weist eine Nabe 8 auf, die aus zwei durch Bolzen miteinander verbundenen Halbabschnitten gebildet ist, und innerhalb der Nabe 8 ist eine Hohlwelle9 befestigt, die aus der Nabe 8 in Richtung der Vorwärtsbewegung des Dornes 3 herausragt (F i g. 2).
Jeder Drehkopf7 weist eine große kreisförmige Scheibe 10 und eine eine Bandspule aufnehmende Spule 11 auf, die beide von der Welle 9 getragen sind.
Eine ringförmige Buchse 12 (F i g. 2) ist vor der Nabe 8 angeordnet und auf der Welle 9 durch Lager 13 und 14 gelagert. Die Scheibe 10 ist mit der Außenfläche der Buchse 12 über eine Nabe 15 verbunden, so daß die Scheibe 10 und die Buchse 12 zusammen rotieren. Die Spule 11 ist auf der Buchse 12 durch zwei Lager 16 gelagert. Bei dieser Ausführung kann die Spule 11 sich relativ zu der Buchse 12 und der Scheibe 10 drehen, und dies gestattet, die Spule 11 mit größerer oder kleinerer Geschwindigkeit als die Scheibe 10 zu drehen, was von der Richtung abhängt, in welcher das Band 2 von der Spule 11 abgewickelt und auf den Dorn 3 aufgewickelt wird.
Die Spule 11, welche das Band 2 in aufgewickelter Form trägt, weist eine Nabe 17 und eine hintere Endplatte 18 auf, die an dem Ende der Nabe befestigt ist.
Zwischen der Scheibe 10 und der Spule 11 ist mittels Reibscheiben 19 und 20 eine Reibungsberührung geschaffen, um eine freie Drehung der Spule 11 zu verhindern. Die Reibscheibe 19 ist an der Vorderfläche der Scheibe 10 und die Reibscheibe 20 am Ende der Nabe 17 der Spule 11 befestigt.
Das Band 2 wird auf der Nabe 17 durch eine geschlitzte vordere Endplatte 21 gehalten, die von zwei Hälften gebildet und auf derNabel7 der Spule 11 aufgeklemmt ist. DieEndplatte21 kann je nach derBreite des Bandes auf der Nabe 17 axial verstellt werden.
Um eine freie Drehung der Spule 11 auf der Buchse 12 zu verhindern, ist eine Reibscheibe 22 an dem Vorderende der Nahe 17 befestigt, gegen die eine komplementäre Scheibe 23 durch eine Reihe von Federn 24 elastisch gedrückt wird. Die Federn 24 sind auf Gewindestangen 25 angeordnet, die sich durch zweckentsprechende Öffnungen in einem Bund 26 hindurch erstrecken und auf deren Enden Muttern 27 aufgeschraubt sind. Die Federn 24 dienen dazu, die äußere Scheibe 23 nach innen gegen die innere Scheibe 22 zu drücken und eine freie Drehung der Spule 11 auf der Buchse 12 zu verhindern. Durch Verstellen der Muttern27 kann die Spannung der Federn 24 geändert werden, um den Grad der Freiheit der Drehung der Spule 11 zu ändern.
Mit der beschriebenen Ausführung können Bänder verschiedener Breite verwendet werden, ohne daß die Ausführung der Spule 11 selbst geändert werden muß.
Da die Endplatte 21 aus zwei Hälften gebildet ist und in irgendeiner Stellung entlang der Länge der Nabe 17 festgeklemmt werden kann, können Bänder verschiedener Breite bequem angeordnet werden.
Da die Spulell einen großen Durchmesser hat, so daß das Wickeln während eines längeren Zeitraumes ausgeführt werden kann, könnte das Harz auf den inneren Windungen der Bandwicklung durch Wärmeleitung von dem Dorn 3 aus auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreichen würde, um das Harz zu härten. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, ist an jeder Wickelvorrichtung 1 ein Kühlsystem vorgesehen. Innerhalb der Welle 9 ist eine rohrförmige Einlage 28 angeordnet, die durch Flansche 29 im Abstand von der Welle 9 gehalten wird, um eine zwischenliegende ringförmige Kühlkammer 30 zu bilden.
Ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, wird durch eine Einlaßleitung 31 hindurch in die Kammer eingeführt und durch eine Auslaßleitung 32 hindurch herausgeführt.
Wenn das mit Harz imprägnierte Band 2 auf den Dorn 3 aufgebracht wird, wird das Harz erhitzt, um es zu schmelzen und eine homogene Masse zu bilden.
Durch das Kühlsystem wird eine Wärmeübertragung auf die Wickelvorrichtung verhindert, und da die Wickelvorrichtung kühl bleibt, besteht keine Gefahr einer Wärmeansammlung in der Vorrichtung und einer eventuellen Erhitzung des Harzes auf dem aufgespulten Band in einem solchen Ausmaß, welches seine vollständige Härtung hervorrufen könnte.
Um die Scheibe 10 zu drehen, ist ein Kettenrad 33 an der Nabe 15 der Scheibe befestigt.
Bei einem fortlaufenden Wickelvorgang dreht sich die Scheibe 10 jeder abwechselnden Wickelvorrichtung 1 in entgegengesetzter Richtung, um das Band 2 in einem Doppelschraubenlinienmuster auf den Dorn 3 zu wickeln. Jedoch kann zuweilen ein einfaches Schraubenlinienmuster erwünscht sein, und in diesem Fall drehen sich alle Scheiben 10 in gleicher Richtung.
Das Band 2 besteht vorzugsweise aus einem faserigen Material, das mit einem festen ungehärteten wärmehärtbaren Harz imprägniert ist. Die Fasern haben vorzugsweise die Form langer, fortlaufender, allgemein paralleler Fäden, jedoch können sie gewünschtenfalls auch gewebt oder geflochten sein. Die Fasern können Glasfasern, synthetische Fasern, Mineralfasern, Pflanzenfasern, tierische Fasern od. dgl. sein. Ebenso kann Metalldraht als Verstärkung verwendet werden.
Das wärmehärtbare Harz wird, nachdem es auf das Faserband aufgebracht worden ist, vorzugsweise teilweise verfestigt, so daß es sich in massivem verformbaren Zustand befindet. In diesem Zustand ist das Harz nicht klebrig, und das Band kann bequem in Form eines Wickels auf die Spule 11 aufgewickelt werden.
Das zu verwendende Harz kann irgendeines der üblichen wärmehärtbaren Harze sein, beispielsweise ein Polyesterharz, in welchem wenigstens eine der reagierenden Komponenten eine ungesättigte Doppelbindung in einer aliphatischen Gruppe enthält. Beispielsweise kann die ungesättigte Bindung in der von einer mehrbasischen Säure gebildeten Komponente enthalten sein, z. B. wenn Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid mit einem mehrwertigen Alkohol, wie Glyzerin, Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Propylenglykol, Sorbit, Mannit, Polyäthylenglykol u. dgl. umgesetzt wird. Weiterhin können andere wärmehärtende Harze, wie Epoxyd-, Urethan- oder Diallylphthalatharze, verwendet werden. Außerdem können auch thermoplastische Harze, wie Polyvinylchloride u. dgl., verwendet werden.
Der Dorn 3 ist an über seine Länge im Abstand voneinander liegenden Stellen durch eine Reihe von Tragvorrichtungen 63 abgestützt, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist. Jede der Tragvorrichtungen 63 weist eine den Dorn 3 abstützende Rolle 64 auf, die zwischen auf einem Ständer 66 angeordneten Lagerarmen 65 gelagert ist.
Die Rollen 64 sind vorzugsweise nahe der Stelle angeordnet, an welcher das Band 2 auf den Dorn 3 aufgebracht wird. Das Harz des Bandes wird in diesem Bereich nicht vollständig geschmolzen, und das Band ist lediglich klebrig. Die Rollen 64 werden daher vorzugsweise an dieser Stelle angeordnet, da hier die Wahrscheinlichkeit gering ist, daß das Harz an der Oberfläche der Rollen 64 anhaftet. Außerdem wird ein Kühlmittel in das hohle Innere jeder der Rollen 64 eingeführt, wodurch weiter verhindert wird, daß das Harz an den Rollen 64 festhaftet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch die hohle Welle an dem einen Ende jeder Rolle 64 hindurch vermittels einer Leitung67 eingelassen und an dem anderen Ende der Rolle mittels einer Leitung 68 abgeführt.
Der Dorn 3 wird in Längsrichtung durch die Wickelvorrichtungen 1 hindurch mittels eines Antriebsrades 69 vorbewegt, das in Antriebsbeziehung mit dem hinteren Teil des Dornes 3 steht. Ein mit konstanter Drehzahl laufender Motor 70 ist mit dem Antriebsrad69 verbunden, um dieses mit einer vorgewählten gleichbleibenden Drehzahl kontinuierlich anzutreiben. Der Dorn 3 wird daher mit gleichbleibender Geschwindigkeit axial durch die Wickelvorrichtungen 1 hindurchbewegt, um das Band 2 fortschreitend an den Dorn aufzuwickeln. Zum Vorwärtsbewegen des Dornes 3 kann irgendein gewünschter Mechanismus verwendet werden.
Ein Teil des auf den Dorn 3 aufgewickelten Bandes 2 wird erhitzt, um das Harz zu schmelzen, so daß das in aufeinanderliegenden Bandlagen befindliche Harz eine homogene Masse bildet und eine Schichtung in dem gebildeten Rohr verhindert. Die Wärme kann in irgendeiner Weise zugeführt werden. Wie in F 1 g. 1 dargestellt, wird die Wärme dem Dorn durch eine Induktions-Heizspule 71 zugeführt, die von einem Lagerarm 72 getragen wird, der sich von der Nabe 8 nach außen erstreckt. Jedem der Wickelköpfe 7 ist eine Induktions-Heizspule 71 zugeordnet, so daß der Dorn 3 während des Wickelvorganges vollständig gegleichmäßigen Temperatur gehalten wird.
Die Wärme dient dazu, das Harz zu einer homogenen Masse zu schmelzen, um sowohl die Fasern des Bandes als auch die Schichten des Bandes aneinanderzubinden. Es besteht die Möglichkeit, daß das Harz der inneren Schichten des Bandes 2 nahe dem Dorn 3 während des Wickelvorganges vollständig gehärtet wird, während das Harz der äußeren Schichten des Rohres nicht vollständig gehärtet wird, wenn das Rohr die letzte der Wickelvorrichtungenl durchläuft. Daher ist der Ofen 5 vorgesehen, der das Harz auf die gewünschte Temperatur erhitzt, um eine vollständige Härtung bzw. Polymerisation des Harzes in allen Schichten zu bewirken. Der in Fig. 1 angedeutete Ofen 5 ist lediglich eine schematische Darstellung einer beliebigen zweckentsprechenden Heizvorrichtung, die zur endgültigen Härtung des Harzes verwendet werden kann.
Bei einer Wickelvorrichtung, bei welcher das Band von der Innenseite der Bandrolle abgezogen wird, braucht keine Kühleinrichtung vorgesehen zu werden.
Bei einer solchen Ausführung wird von dem Dorn abgestrahlte Wärme von den inneren Windungen der Bandrolle absorbiert, und da diese Windungen die ersten sind, die abgezogen werden, besteht keine Gefahr, daß das Harz des Bandes durch die von dem Dorn abgestrahlte Wärme gehärtet wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen rohrförmiger Gegenstände, bei welchem mehrere Lagen eines Bandes aus mit wärmehärtendem Harz imprägnierten Fasern auf einen axial vorbewegten Dorn gewickelt werden, jede Lage auf dem Dorn vor dem Wickeln der nächstfolgenden Lage erwärmt wird und danach der gebildete rohrförmige Teil erwärmt wird, um das Harz zu härten und eine einheitliche Ausführung zu bilden, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß die Erwärmung jeder auf den Dorn gewickelten Bandlage bis zu einer Temperatur erfolgt, die ausreicht, das wärmehärtende Harz vor dem Aufbringen der nächsten Lage zu einer homogenen Masse zusammenzuschmelzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bandlage kurz nach ihrem Wickeln auf den Dorn erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bandlage in teilweise gehärtetem Zustand ihres wärmehärtenden Harzes auf den Dorn gewickelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bandlage von ihrer Außenseite aus erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufrechterhalten gleichmäßiger Temperatur des zu bildenden rohrförmigen Gegenstandes die Wickelvorrichtung und der die Bandlagen tragende Dorn gekühlt werden.
6. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mehreren in axialem Abstand voneinander angeordneten Wickelköpfen, durch die ein die Bandlagen aufnehmender Dorn axial bewegbar ist, wobei die Wickelköpfe gleichachsig um den Dorn angeordnet sind und jeweils eine zu dem Dorn konzentrisch liegende Bandrolle tragen und wobei jedem Wickelkopf eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des auf den Dorn gewickelten Bandabschnittes zugeordnet ist und dem letzten Wickelkopf eine weitere Heizeinrichtung nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wickelkopf (7) eine Vorrichtung zum Kühlen des Wickelkopfes und des durch ihn hindurchbewegten Dornes (3) aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung eine in der Nabe (8) des Wickelkopfes (7) mittels eines rohrförmigen Einsatzes (28) gebildete ringförmige Kühlmittelkammer (30) aufweist.