DE1760479B2 - Verstärkungsmaterial für Kunststoffrohre und Vorrichtung zur Herstellung des Verstärkungsmaterials - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verstärkungsmaterial für Kunststoffrohre aus sich unter rechtem Winkel kreu-Eenden Längs- und Querfäden und eine Vorrichtung Eur Herstellung des Verstärkungsmaterials.

Bei der Herstellung von Rohren, Leitungen und anderen Hohlkörpern werden in zunehmendem Umfang Verfahren angewandt, bei denen aus Fäden bzw. Fasern die jeweils gewünschten Hohlkörper gewickelt werden. So kann ein aus einer Anzahl von Schichten bestehendes verstärktes Plastikrohr, das sowohl inneren als auch äußeren Spannungsbeanspruchungen zu widerstehen vermag, hergestellt werden. Das verstärkte Plastikrohr besteht aus einer Vielzahl von Schichten aus hochfestem faserförmigem Material, wobei aufeinanderfolgende Schichten jeweils durch eine Schicht aus einem körnigen Material getrennt sind. Das gesamte Schichtengebilde ist durch einen aushärtbaren Harzkleber miteinander verklebt. Der relativen Dicke der Faserschicht und der Kornschicht ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen, da eine zu dünne Kornschicht übermäßige große Mengen an Fiberglas in dem fertigen Rohr erfordert und da eine zu dicke Schicht zi inneren Scherkräften führt, die an den Trennsteiler zwischen Fäden und Körnern bei Deformation de· Rohres Risse hervorrufen.

Das Aufwickeln von mit Harz überzogenen Fäder oder Fasern hoher Zugfestigkeit auf einen Dorn, Aus härten des Harzes und Abnehmen des Domes führt zi einem Körper, der sich durch hohe Ringfestigkeil be relativ geringer Durchbiegungs- oder Längsfestigkei: auszeichnet. Zur Erhöhung der Durchbiege- und Längs festigkeit sind bereits verschiedene Verfahren ange wandt worden; gemäß diesen Verfahren erfolgt eir Umwickein eines Domes mit gewebten Stoffbahner hoher Zugfestigkeit, das Auflegen längs orientiertei Fäden hoher Festigkeit, entweder in Form von Einzel fäden oder in Form von Stoffbahnen in Längsrichtung des Domes sowie die Aufnahme von zerstückelten, ir ihrer Lage zufaUsmäßig orientierten Fäden in derr Körper und eine schraubenfinienförmige ansiati eine ringförmige Aufwicklung der Fäden. Die Verstärkung von gewebten Stoffbahnen ist ziemlich teuer und un wirtschaftlich, da sowohl die Längs- als auch die Ringfestigkeit erhöht werden, obwohl nur eine Erhöhung der Längsfestigkeit erforderlich ist. Die Verwendung von längs verlaufenden verstärkten Fasern oder von Fadenstrrifen führt zwar zu einem guten Erzeugnis macht jedoch die Herstellung noch komplizierter und teurer. Die Verwendung von gestückelten Vorgarnen ist unwirtschaftlich und sehr teuer; die Anwendung von Verfahren zur schraubenlinienförmigen Aufwicklung erfordert eine unwirtschaftliche Endausrichtung des Er Zeugnisses.

Es ist bisher kein Verstärkungsmaterial bekannt, das in solcher Form hergestellt werden kann, daß es bei Anwendung in einem kontinuierlichen Aufwickelverfahren zu einer Längsverstärkung eines Plastikkörpers führt. Bahnen aus verstärktem Gewebe mit z. B. definierter Breite und Länge werden in einem nicht kontinuierlich ablaufenden Beschichtungsvorgang aufgebracht.

Für die Ausführung eines ständig laufenden Herstellverfahrens ist eine Grundvoraussetzung, daß stets auf einen Dorn ein Band aufgewickelt werden kann. Für die wirksamste und wirtschaftlichste Ausnutzung des Bandmaterials im Hinblick auf die Erzielung einer Längsverstärkung eines Plastikkörpers sollte das Band eine einseitige festigkeit quer zur Bandlängsrichtung besitzen. 1st die Querrugspannung zumindest um zwei Größenordn""ipn größer als die Längszugspannung, so führt die Umvuckelung eines Plastikkörpers mit diesem Band do;, daß bei diesem Körper lediglich eine Längsverstärkung erreicht wird. Es gibt jedoch bis jetzt kein Band mit den gewünschten Festigkeitseigenschaften in einer Richtung. Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Material anzugeben.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe ein Verstärkungsmaterial der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch die Anordnung von etwa drei Querfadensträngen hoher Zugfestigkeit pro Zentimeter Bahnlänge, welche durch wenige längslaufende Heftfäden geringerer Zugfestigkeit mit einem gegenseitigen Abstand von einigen Zentimetern durch Verklebung an den Kreuzungspunkten in ihrer Lage gehalten werden.

Dieses Material kann leicht als ein Band mit einer relativ hohen Festigkeit quer zu seiner Längsrichtung ausgebildet werden. Dieses Band besteht aus einer Vielzahl von in Längsrichtung parallel verlaufenden Fäden mit einer Vielzahl von daran angeklebten, quer

verlaufenden Parallelfäden mit hoher Zugfestigkeit Mit dem hier gebrauchten Ausdruck »Band« ist ein längliches, schmales Material definierter Breite aber unbestimmter Länge bezeichnet, woboi diese Länge die Breite erheblich übersteigt. Ein derartiges Band läßt sich zu einem längs verstärkten Plastikrohr kontinuierlich wickeln. Das Band ist wesentlich billiger als Gewebe oder Fadenbahnen, besitzt eine genügerde Festigkeit nur in der an sich gewünschten Richtung, läßt eine wirksame und wirtschaftliche Ausnutzung des Bandmaterials zu und vereinfacht das Herstellverfahren.

Daher ist in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens eine Verbesserung einer bekannten Herstellvorrichtung (US-PS 3 041 230) möglich, die einen bewegbaren endlosen Aufnahmedorn, Einrichtungen zum ständigen \ntrieb des Aufnahmedorns in dessen Längsrichtung, Einrichtungen zur Abgabe von Längsfäden und Querfäden, wobei die Einrichtungen zur Abgabe der Querfäden durch eine Umwicklungseinrichtung gebildet sind, Einrichtungen zur Abgabe eines Klebe-Stoffs an die Längsfäden, Einrichtungen zur Verbindung der Längsfäden und der Querfäden, Schneideinrichtungen zum Durchschneiden der Querfäden in einer parallel zu den Längsfäden verlaufenden Richtung und Aufwickelvorrichtungen für die beiden hergestellten Materialbahnen umfaßt. Diese Verbesserung besteht darin, daß der endlose Aufnahmedorn durch ein flaches Band gebildet ist, daß das flache Band aus zwei zueinander ausgerichteten Teilbändern besteht, die übereinanderliegen, und daß hinter den Schneideinrichtungen zuisehen den Innenseiten der Teilbänder in deren Bewegungsrichtung eine Trenneinrichtung vorgesehen ist.

Das Verstärkungsmaterial und die Vorrichtung zu dessen Herstellung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben.

F i g. 1 zeigt in einer Draufsicht einen Teil des Verstärkungsmaterials;

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Seitenschnittansicht eines Teiles des in F i g. 1 dargestellten Materials;

F i g. 3 zeigt in einer vergrößerten Vorderansicht einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Materials;

F i g. 4 zeigt in einer Vorderansicht, zum Teil im Schnitt, eine Maschine zur Herstellung eines Materials, wie es in F i g. 1 bis 3 gezeigt ist;

F i g. 5 zeigt in einer Seitenansicht einen Teil der Maschine nach Fi g. 4;

F i g. 6 zeigt in einer Seitenansicht einen anderen Teil der Maschine nach F i g. 4.

Im folgenden soll das in F i g. 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Band näher betrachtet werden. Dieses Band 1 besteht aus einer Vielzahl von parallel zur Längsrichtung verlaufenden Heftfäden 2 mit einer Vielzahl von daran mittels eines Klebmittels 40 angeklebten, eine hohe Festigkeit besitzenden Querfadensträngen 3.

Wie insbesondere aus F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, bestehen die Querfädenstränge 3 jeweils aus einer Vielzahl von Einzelfäden 4.

Bevor die in den Zeichnungen dargestellten Einzel heiten weiter betrachtet werden, sei zunächst auf folgendes hingewiesen. Mit den hier gebrauchten Ausdrücken »Einzel-Endfaden« und »Vielfach-Endfaden« sind, wie auf diesem Gebiet an sich üblich, Fäden bezeichnet, die jeweils eine Vielzahl von Einzelfäden enthalten. Ein »Einzel-Endfaden« ist ein Faden, der eine Vielzahl von Einzelfäden enthält, die bei der Herstellung von einer Einführungsdüse aufgenommen sind; demgegenüber enthalten »Vielfach-Endfäden« oder »Vorgarne« jeweils eine Vielzahl von Einzelfäden, die von einer Vielzahl von Einführungsdüsen aufgenommen sind. Mit dem hier gebrauchten Ausdruck »Fadenstrang« ist ein Gebilde bezeichnet, das eint Vielzahl von im wesentlichen parallelen Einzelfäden, und zwar Einzel-Endfäden und Vielfach-Endfäden, sowie eine Vielzahl von im wesentlichen parallel versponnene Einzelfäden enthält.

Die Aufgabe der Heftfäden besteht lediglich darin, die Querfäden zu tragen, ohne zur Festigkeit des Endprodukts beizutragen. Demgemäß können die Fäden aus irgendwelchen Fasern bzw. Fäden bestehen wie z. B. aus Baumwolle, Glas- oder Kunstfasern. Die Anzahl der verwendeten Fäden wird vorzugsweise so gering gehalten, wie dies im Hinblick auf eine geeignete Unterstützung der Querfäden möglich ist. Die Anzahl hängt von der Gesamtbreite des Bandes ab; sie kann zwischen zwei und zehn liegen, wobei vier in den meisten Fällen ausreicht. Die Querfäden können aus irgendeinem Material hoher Zugfestigkeit bestehen, wie aus Glasfasern, Metalldrähten oder -fäden oder aus Fäden aus synthetischen Material en wie ζ. B. Acrylpolvmeren. Glasfasern stellen das bevorzugte Material dar, und zwar auf Grund ihrer hohen Festigkeit, universellen Verwendbarkeit und großer Korrosionsbeständigkeit.

Es sei nochmals bemerkt, daß die Aufgabe der längs verlaufenden Heftfäden 2 an sich lediglich darin be steht, die Querfadenstränge in geeigneter Lage zu halten und nicht eine Erhöhung der strukturellen Ringfestigkeit in aus mittels eines solchen Bandes hergestellten verstärkten Plastikkörpern zuzulassen. Demgemäß ist die Gesamtzahl an Querfadensträngen wesentlich höher als die Anzahl an Längsfäden. Dabei besitzt ein Längsbereich dieses Bandes, dessen Länge gleich der Breite des Bandes ist, eine Querzugfestigkeit, die wesentlich höher ist, d. h. zumindest um zwei Größenordnungen höher, als die entsprechende Längszugfestigkeit. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann die Längsfestigkeit beim Entwurf eines Rohres unberücksichtigt bleiben.

Ein gemäß der Erfindung hergestelltes charakteristisches Band ist 19 cm breit, enthält 3 Heftfäden, deren jeder einen Einzel-Endglasfaden aus etwa 120 Einzelfasern enthält, und etwa 3 quer verlaufenden Vielfach-Endglasfäden pro Zentimeter. Jeder Vielfach-Endfäden enthält etwa 2000 Einzelfäden. Die Quer-Zugfestigkeit eines 19 cm langen Bandes ist über 300mal höher als die Längszugfestigkeit dieses Bandes. Dieses Verhältnis könnte weiter erhöht werden, indem dünnere oder eine geringere Zahl von Heftfäden oder kürzere Heftfäden verwendet werden oder indem an Stelle der Glasheftfäden Baumwollfäden verwendet werden. Wenn 2:. B. Baumwolle verwendet wird, kann die Querzugfestigkeit über 1000 mal größer sein als die Längszugfestigkeit.

Im folgenden sei die in F i g. 4 bis 6 dargestellte Maschine zur Herstellung eines Bandes gemäß der Erfindung näher betrachtet. Diese Maschine enthält einen vertikalen Trägerrahmen 1, der drehbare Räder 2 und 3 und ein Mitlaufrad 4 trägt, über das ein endloses Tragband 5 geführt ist. Dieses Tragband 5, nachstehend auch Riemen genannt, besteht vorzugsweise aus zwei Bandteilen 5a und 56 gleicher Breite. Diese beiden Bandteile 5a und 5b sind derart zueinander ausgerichtet, daß sie getrennt werden können, indem sie über eine Trennrolle 6 geleitet werden. Hierdurch wird das Zerschneiden und Ablösen des Faden- und Faserbandes von dem Riemen erleichtert, wie dies weiter unten

noch verständlich werden wird.

Die Riemen 5a und 5b können entlang einer Kante miteinander verbunden sein, wenn es erwünscht ist, das Band auf einer Seite abzuschneiden. Die Außenflächen des Riemens 5 sind vorzugsweise mit einem Ablösungsmittel, wie Teflon, überzogen, um das Ablösen des Bandes zu erleichtern.

Heftfadenspulen werden von geeigneten Traganordnungen getragen, die an dem Rahmen 1 befestigt sind. Die Heftfäden 8 werden durch Führungsöffnungen 9 in mit Klebstoff gefüllten Behältern 10 eingeführt und durch im Boden dieser Behälter befindliche Öffnungen 11 wieder herausgeführt. Dadurch wird auf die Fäden 8 ein Klebstoffüberzug aufgebracht. Ein horizontal angeordneter Kreistisch 12 ist zur Drehung um seine vertikale Achse auf geeigneten Tragrollen 36 gelagert; er wird durch in einen Umfangsnut 35 eines von ihm herabhängenden Hohlzylindergrundteiles eingreifende Führungsrollen 34 in axialer Richtung zu dem Riemen 5 ausgerichtet gehalten. Auf der Tischunterseite ist ein Zahnrad 13 vorgesehen, das den Tisch um seine vertikale Achse zu drehen erlaubt. Hierzu dienen ein Zahnrad 14, eine Welle 15 und durch einen Motor 18 angetriebene Zahnradgetriebe 16 und 17; der Motor 18 treibt ferner über ein Zahnradgetriebe 19 eine Welle 2. Das Zahnradgetriebe 19 überträgt eine Antriebsbewegung auf ein auf der Rückseite der Traganordnung vorgesehenes Zahnradgetriebe, das einerseits eine Welle und ein Zahnrad antreibt, welches in einem Zahnrad auf der Rückseite des Rades 2 kämmt.

Ein kreisförmiger, mit Öffnungen versehener horizontaler Tragtisch 20 ist über dem Tisch 12 angeordnet; er ist mittels Stäbe 21 mit diesem Tisch 12 verbunden, wodurch er mit diesem drehbar ist. Der Tisch 12 trägt Fäden hoher Zugfestigkeit enthaltende Bandspulen 12; die Fäden 23 werden zu einer über den Bandspulen liegenden geeigneten Stelle hin geführt, um nach Durchlaufen von auf dem Tisch 20 angeordneten Zuführungsösen 24 um den Riemen herumgewickelt zu werden. Es sei bemerkt, daß die Breite eines aus den Fäden 23 über dem Tisch 20 und den Ösen 24 gebildeten Bandes in F i g. 4 und 5 aus Gründen einer besseren Übersicht übertrieben dargestellt ist. Unter dem Tisch 12 ist eine Wärmekammer 25 mit Erhitzern 26 vorgesehen. Innerhalb der Wärmekammer 25 ist eine Reihe von Rollen 27 angeordnet, die die Fäden 23 auf die Heftfäden 8 fest aufzupressen erlauben, während der Klebstoff in der Wärmekammer 25 verfestigt wird. Durch Motore 29 angetriebene Drehschneidemesser sind neben den gegenüberliegenden Kanten des Riemens 5 unterhalb einer Trennrolle und neben einer Führungsrolle 30 angeordnet Das fertige Band 31 wird von dem Riemen 5 abgelöst und auf Aufwickeispulen 32 und 33 aufgewickelt die durch (hier nicht dargestellte) Motoren angetrieben werden. Bei der hier dargestellten Ausführungsform werden an den gegenüberliegenden Kanten des Riemens 5 Schneidmesser verwendet, um zwei Bänder 31 zu erzeugen. Es genügte, auch nur ein Schneidmesser zu verwenden, wenn das fertige Band eine Breite besitzen soll, die gleich der zweifachen Breite des Riemens 5 ist.

Während des Betriebs werden die Räder 2,3 und der Tisch 12 in entgegengesetzt zu dem Uhrzeigersinn verlaufender Richtung gedreht, und zwar derart, daß während einer Umdrehung des Tisches 12 der Riemen 5 sich um einen Abstand fortbewegt, der gleich der gesamten Breite der nebeneinander zugeführten, eine Fadenbandage bildenden Fäden 23 entspricht, so daß der Riemen 5 mit sich nicht überlappenden Fadenbandagen umwickelt wird. Während zum Zwecke einer vereinfachten Darstellung hier drei Fäden vorgesehen sind, dürfte einzusehen sein, daß auch mehr oder weniger Fäden verwendet werden können.

Wenn sich der Riemen 5 fortbewegt, werden die Heftfaden 8 kontinuierlich von den Spulen 7 abgewikkelt und nach Hinduichleiten durch die Klebmittel Töpfe 10 auf den Riemen 5 aufgebracht, auf welchem sie dann durch die Fäden 23 umwickelt werden. Der mit Fäden umwickelte Riemen gelangt nach Durchlaufen von Zwischenrollen 27 in die Wärmekami-ier 25. Die Rollen 27 pressen dabei die Fäden 23 fest auf die Heftfäden 8, während das Klebmittel sich verfestigt. Der Riemen führt dann die Fäden zu den Schneidmessern 28 hin, wo sie in Längsrichtung zerschnitten werden. Das von den Riemen abgelöste fertige Band wird dann auf Aufwickelspulen 32 und 33 aufgewickelt. Der Schneidvorgang wird durch Verwendung eines Trennelementes 6 erleichtert, das zwischen den Riemen 5a und 5b einen Spalt schafft, in den das Schneidmesser eingesetzt werden kann.

Gemäß der Erfindung kann ein Band in verschiedenen Breiten hergestellt werden, und zwar durch geeignete Wahl der Breite des Riemens 5. Eine zusätzliche Brciienänderung kann dadurch erfolgen, daß entweder ein oder zwei Schneidmesser verwendet werden oder daß nach Ablösen des Bandes von dem Riemen 5 eine Längszerschneidung des Bandes vorgenommen wird. Die Endbreite des Bandes wird so gewählt, daß dieses bei dem weiter unten näher beschriebenen Wickelverfahren verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Band dient zur Herstellung längsverstärkter Plastikrohre. Derartige Rohre besitzen dann jeweils ein Wandungsgebilde aus ringförmig verlaufenden, voneinander versetzten Fäden hoher Zugfestigkeit, wie Glas- oder Metallfäden oder verschiedene synthetische Fasern hoher Zugfestigkeit aus Nylon, die in an sich bekannter Weise, z. B. durch ein ausgehärtetes Harz, wie z. B. durch Polyester oder Epoxyharz, verklebt sind. In dem Wandungsgebilde kann, wie dies oben bereits angedeutet worden ist, auch Kornmaterial eingelagert sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verstärkungsmaterial für Kunststoffrohre aus sich unter rechtem Winkel kreuzenden Längs- und Querfäden, gekennzeichnet durch die Anordnung von etwa drei Querfadensträngen hoher Zugfestigkeit (3) pro Zentimeter Bahnlänge, welche durch wenige längslaufende Heftfäden geringerer Zugfestigkeit (2) mit einem gegenseitigen Abstand '° von einigen Zentimetern durch Verklebung an den Kreuzungspunkten (40) in ihrer Lage gehalten werden.

2. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querfädenstränge (3) >5 aus Glasfasermaterial bestehen una etwa 2000 Einzelfäden enthalten.

3. Vorrichtung zur Herstellung des Verstärkungsmateriafs nach Anspruch 1 oder 2 mil einem bewegbaren endlosen Aufnahmedorn, mit Einrichtungen zum ständigen Antrieb des Aufnahmedorns in dessen Längsrichtung, mit Einrichtungen zur Abgabe von Längsfäden und Querfäden, wobei die Hinrichtungen zur Abgabe der Querfäden durch eine Umwicklungseinrichtung gebildet sind, mit Einrichtungen zur Abgabe eines Klebestoffs an die Längsfäden, mit Einrichtungen zur Verbindung der Längsfäden und der Querfäden, mit Schneideinrichtungen zum Durchschneiden der Querfäden in einer parallel zu den Längsfäden verlaufenden Richtung und mit Aufwickelvorrichtungen für die beiden hergestellten Materialbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß der endlose Aufnahmedorn durch ein flaches Band (5) gebildet ist, daß das flache Band (5) aus zwei zueinander ausgerichteten Teilbändern (5a, 5b) besteht, die übereinanderliegen. und daß hinter den Schneideinrichtungen (28) zwischen den Innenseiten der Teilbänder (5a, 5b) in deren Bewegungsrichtung eine Trenneinrichtung (6) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der Teilbänder (5a, 5b) mit einem die Fadenablösung fördernden Kunststoffüberzug versehen sind.