DE1949115A1

DE1949115A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbundrohren

Info

Publication number: DE1949115A1
Application number: DE19691949115
Authority: DE
Inventors: Leslie Ainsworth; Bernheim Serge Alfred Emile; Cooper Leslie Trevor
Original assignee: REDLAND PIPES Ltd
Current assignee: REDLAND PIPES Ltd
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-29
Publication date: 1970-10-01
Also published as: IL33036A0; OA03139A; NL6914686A; IL33036A; BE739608A; SE355752B; CH517578A; LU59545A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbundrohren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres, bestehend aus einem Innenrohr, welches mit einer Schicht aus einem Fasermaterial umwickelt ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf das die das Verfahren hergestellte Verbundrohr und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das Verfahren des Umwickelns mit einem Fasermaterial ist bekannt und wird bei der Herstellung von faserverstärkten Plastikrohren, Druckbehältern und anderen Bauteilen gleichermaßen in weitem Umfang angewendet, wie bei der Herstellung von Verbundrohren mit einem Innenrohr aus Beton.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines lerfahrens zur Herstellung eines Verbundrohres der genannten Art, mit welchem ein Rohr erzeugt werden kann, welches wesent- .lich .gr.oßere mechanische Festigkeit aufweist als bekannte Rohre dieser Art iazu werden naeii der Erfindung bei einem Verfahren zur Herstelleung eines Verbundrohres der genannten Art, bei welchem eine Vielzahl von Kunstharz-impägnierten Fasern eines ver-Stärkenden Materials auf das Innenrohr gewickelt werden, die Fasern unter einer vorbestimmten hohen Spannung auf das Innenrohr fg.ewickelt, wobei die Spannung in jeder Faser gesteuert wird, so daß in allen Fasern im wesentlichen dieselbe Spannung vorherrscht.
Der Ausdrick "hohe Spannung" bedeutet hierbei, im Fall von Glasfasern, eine Spannung größer als 20.00.0 psi (1400 kg/cm2) und, im Fall anderer als Glasfasern, eine Spannung, die größer ist als ein proportionaler Teil der Bruchfestigkeit der Fasern.
Die Verwendung des unter hoher und im wesentlichen gleichförmiger Spannung stehenden Fasermaterials bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat verschiedene Vorteile. Zunächst führt es zu einem gleichförmigen 411 steigen des Anpreßdruckes, und auf diese weise des Reibschlusses zwischen der durch Kunstharz verbundenen Schicht und dem Innenrohr. Hierdurch wird die Leistungsfähigkeit des Verbundrohres vergrößert und insbesondere seine Widerstandsfähigkeit gegen Biegurlgsbeanspruchungen am Umfang, die zum Beispiel durch äußere Belastungen entstehen können. Die größere Leistungsfähigkeit kann weiter bei verminderten Herstellungskosten und geringerem Gewicht des Endproduktes für jeden besonderen Verwendungszweck gegenüber bekannten Verbundrohren erreicht werden.
Zweitens erzeugt eine angemessen hohe Spannung eine genau berechenbare Druckspannung im Innenrohr, wodurch dessen Festigkeit gegenüber Zugspannungen, die z. R, durch Innendruck oder äußere kräfte erzeugt werden, vergrößert wird.
Drittens wird die Tendenz zur Bruchbildung in einem Innenrohr vermindert, welches aus einem werkstoff mit niedriger Zugfestigkeit verglichen zu seiner Bruckfestigkeit besteht.
Die im wesentlichen gleichförmig belasteten Fasern können entweder schraubenlinienförmig oder kreisförmig um das Innenrohr in einer oder mehreren Schichten gewickelt werden.
Im Fall des schraubenförmigen rvickelns werden auf das Innenrohr sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung wirkende Druckspannungen aufgebracht, deren anteilige Größe von dem Steigungswinkel der Schraubenlinle abhängt. Eine Vergrößerung des Steigungswinkels vermindert die Vorspannung in Umfangsrichtung und vergrößert die Vorspannung in längsrichtung bei der gleichen Menge von Fasermaterial unter gleicher Spannung. Durch geeignete -;-Wahl des Steigungswinkels können gewünschte Werte für die Vorspannung in längsrichtung und in Umfangsrichtung bei einer vorgegebenen Menge von Ji'asermaterial erreicht werden, um die gewünschten Bedingungen zu schaffen, z. B, wenn äußere Riegerkräfte im Verein mit inneren tlüssigkeitsdrucken auftreten.
Beim wickeln in Umfangsrichtung, welches nur in Umfangsrichtung FeStigkeit erzeugt, kann Festigkeit in Längsrichtung-nac-h wunsch durch Überlagerung von in gleichem Abstand in Längsrichtung angeordnetem, gleichförmig unter Spannung stehendem Fasermaterial rund um den Rohrumfang.zwischen den in Umfangsrichtung verlaufenden Schichten erzielt werden.
Diese längsverlaufenden Fasern werden z. B. zwischen längs des Umfanges von demontierbaren und an den L'nien des Innenrohres montierten Endringen angeordneten Dornen gespannt und werden durch die späteren in Umfangsrichtung verlaufenden Windungen in gespanntem Zustand gehalten, wobei ihr Spannen durch die Dorne während des Aushärtverfahrens des Kunstharzes entbehrlich wird.
Das Innenrohr eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundrohres kann Harz Beispiel aus Metall, keramischem Material, Kunststoff, Asbestzement oder aus authormaLem Zement oder Kunstliarien basierendem Beton bestehen. Die auf das Innenrohr auf:gewickelten Fasern bestehen vorzugsweise aus Glasfaserns jedoch können auch andere faserförmige Bewehrungsmaterialien, wie z. B. hochfester Metalldraht oder andere Kunstfasern, z. B. das für die Imprägnierung der Fasern verwendete Kunstharz kann jedes abbindende oder aushärtende Kunstharz sein, welches mit den Fasern verträglich ist. Beispiele solcher Kunstharze sind Polyesterharze, Allylverbindungen, Phenolharze, Siliconharze, Melaminharze, poxydharze und Furanharze, welche alle bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen aushärten.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Verfahrensstufen des Imprägnierens der Fasern mit Kunstharz, Anordnensder imprägnierten Fasern mindestens teilweise rund um die Fläche einer ersten sich drehenden Spannrolle, des darauffolgenden Ziehens der imprägnierten Fasern von der Spannrolle durch Drehen des Innenrohres, wobei die Fasern ein durch Adhäsion erzeugtes Drehmoment auf die Spannrolle aufbringen und diese dadurch zur Drehung zwingen, und des Aufbringens eines Bremsmomentesauf die die Spannrolle auf.
Die Fasern können auf der Fläche der Spannrolle mit flüssigem, aushärtbarem Kunstharz inlprägniert werden.
Die harzimprägnierten Fasern können mindestens teilweise um die Fläche mindestens einer zusätzlichen drehbaren Spannrolle nach dem Ablaufen von der ersten Spannrolle laufen, wobei auf die oder jede zusätzliche Spannrolle ein Bremsmoment aufgebracht wird. Auf diese Weise können extrem hohe Spannungen in den harzimprägnierten Fasern erzeugt werden, Das eben beschriebene Verfahren kann mit jeder Art von Bewehrungsfasern durchgeführt werden, es wurde jedoch besonders geeignet befunden für die Anwendung auf Glasfasern als Bewehrungsfasern.
Man stellte fest, -daß der Trockenreibungskoeffizient der Glasfasern mit der zylindrischen geschliffenen Fläche einer Spannrolle, welcher insbesondere von der Menge des Harzes abhängt, mit welchem die Fasern imprägniert sind, rasch mit der Harzmenge ansteigt, bei einem Prozentsatz von Harz entsprechend etwa 15 Gew.65) der imprägnierten Fasern einen Maximalwert erreicht und dann schnell unter diesen Wert abfällt.
Überraschenderweise bilden mit 14 bis 16 G;ew. an Kunstharz imprägnîerte Glasfasern ein außerordentlich geeignetes Material zur Anwendung bei dem erfind-ungsgemaßen Verfahren, wie dies durch folgendes Beispiel verdeutlicht wird: Beispiel Eine Anzahl von identlischen Betoninnenrohren mit einem Innendurchmesser von 15 Zoll (38 cm) und einer Wandstärke von 1 1/2 Zoll (3,8 cm) wurden in vier Gruppen geteilt. Die Innenrohre der ersten Gruppe wurden Druckversuchen nach der Norm tTr. 556/1960 der British Standard Specification und genormten Flüssigkeitsdruckversuchen unterworfen. Die Innenrohre der zweiten Gruppe wurden mit mit Polyesterharz imprägnierten Glasfasern umwickelt, wobei die Fasern unter vernachlässigbarer Spannung standen. Jedes Innenrohr wurde mit 10 Schichten von Glasfaserbündeln umwickelt, wobei jedes Bündel aus 12 Kabeln zu je'204 Fasern von 9 µ Durchmesser bestand. Die Bündel wurden in einem einer Ganghöhe von 1 mm in jeder Schicht entsprechenden Abstand angeordnet.
Ifach dem wickeln wurde die Bewehrungsschicht aus Polyesterharz ausgehärtet. Die Innenrohre der dritten Gruppe wurden in der gleichen Weise mit der gleichen Anzahl von Glasfasern umwickelt, welche mit 15 Gew. Kunstharz, bezogen auf das Gewicht der imprägnierten Fasern imprägniert wurden, und die Fasern gleichförmig mit einer Spannung von 20.000 psi (1400 kg/cm2) belastet, und nach dem Wickeln die Bewehrungsschicht aus Kunstharz unter den gleichen Bedingungen wie bei den Rohren der zweiten Gruppe ausgehärtet. Die Innenrohre der vierten Gruppe wurden in derselben Weise behandelt wie. die Innenrohre der dritten Gruppe, mit der Ausnahme, daß die Glasfasern gleichförmig mit einer Spannung von 90.000 psi (6330 kg/cm2) belastet wurden. Die Verbundrohre der zweiten, dritten und vierten Gruppe wurden den gleichen Bruch-und Flüssigkeitsdruclcversuchen unterworfen wie die Innenrohre der ersten Gruppe. Die Versuchsergebnisse für die Innenrohre der vier Gruppen sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle:

Bruchversuch Hydraulischer Druckversuch
Rohr-
gruppe Bruchlast in kg/m Innerdruck in kg/cm
für: ' für:
1. Bruch- Total- 1. Bruch- Undicht-
stelle bruch stelle heit
2975 3570 5,36-7,15 5,36-7,15
2. 2975 16370 5,36-7,15 10,72
3. 5950 20080 10,72 28,6
4. 29750 47550 71,5 89,3

Bei weiteren Versuchen wurde festgestellt, daß Asbestzementrohre von 4 Zoll (10 cm) Durchmesser, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, zweimal so großen Bruchlasten widerstanden wie ähnliche Asbestzementrohre, welche nicht umwickelt waren, bevor die erste Bruchstelle auftrat, und daß diese Rohre eine Bruchfestigkeit aufwiesen, die 4 1/2 mal so groß war wie die von nicht umwickelten Rohren, Ähnlich hielten Steingutrohre von 4 Zoll (10 cm) Durchmesser, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt waren, Bruchlasten aus, welche 1 1/4 mal so groß waren als die, welche gleiche Steingutrohre aushielten, die nicht umwickelt waren, und wiesen eine Bruchfestigkeit auf, welche 3 3/4 mal größer war als die von nicht umwickelten Rohren.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht notwendig, die kunstharzimprägnierten Fasern in irgendeiner besonderen Weise an dem Innenrohr zu befestigen, wie das bei der Anwendung anderer Verfahren zur Herstellung von vorgespannten Rohren der Fall ist. Alles, was nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich ist, besteht darin, wenige Windungen der kunstharzimprägnierten Fasern um das Innenrohr vor dem Aufbringen der Spannung auf die Fasern zu wickeln.
Im Gegensatz zu bekannten vorgespannten Rohren, z. B. Betonrohren mit vorgespannten, in den Beton eingebetteten Kabeln oder Drähten, erfolgt die Übertragung der Spannung von den gespannten Bewehrungselementen auf das Innenrohr über die Adhäsion in Verbindung mit der Reibung zwischen der Schicht des-nstharzimprägnierten Fasermaterials und der Außenfläche des Innenrohres. Die Tatsache, daß keine Verankerungspunkte zwischen dem Bewehrungselementen und dem Innenrohr notwendig sinq stellt einen. beträchtlichen Vorteil gegenüber bekannten vorgespannten Rohren dar.
Darüberhinaus ist die gespannte Schicht des kunstharzimprägnierten Fasermaterials undurchlässig, im wesentlichen korrosionsfesst und chemisch resistent, und erfordert keine Anordnung einer ein zusätzlichen äußeren Schutzschicht. So besteht im Falle eines ein Betoninnenrohr enthaltenden Verbundrohres keine Notwendigkeit, eine äußere Schutzschicht aus Beton anzubringen, oder einen Wasserschutz einzubringen, wie dies bei vielen bekannten bewehrten Betonrohren der Fall ist. Demzufolge ist das Rohr beträchtlich leichter als ein vergleichbares, bekanntes bewehrtes Betonrohr.
Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung besteht eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundrohres der genannten Art aus Mitteln zum Drehen eines Innenrohres um seine tängsachse, eines Vorrats an verstärkendem Fasermaterial von welrohem eine Vielzahl von Fasern gleichzeitig abgezogen -und in einer Schicht auf das Innenrohr durch Drehung des letzteren gewickelt werden kann, einem Behälter für flüssiges, aushärtbares Kunstharz zur Imprägnierung der Fasern an einer Stelle zwischen dem Vorrat an Bewehrungsfasern und dem Innenrohr, einer ersten drehbaren Spannrolle, um welche die kunstharzimprägnierten Fasern mindestens teilweise gewickelt werden, so daß die Fasern ein durch Adhäsion verursachtes Drehmoment auf die Spannrolle aufbringen und diese dadurch drehen, und Vorrichtungen zum Aufbringen eines veränderbaren Bremsmomentes auf die Spannrolle.
Vorzugsweise werden die Fasern von dem Vorrat an Fasermaterial in der Form einer Vielzahl von Faserbündeln abgezogen, und laufen diese Faserbündel vor dem Erreichen der Spannrolle durch eine Führungsvorrichtung, welche jedes Faserbündel abflacht, bevor es mit der Oberfläche der Spannrolle in Berührung kommt.
Vor dem Durchführen durch die Führungsvorrichtung können die Faserbündel durch einen Rechen gezogen werden, welcher die gewünschte flächige und seitlichen Abstand haltende Anordnung der Bündel bewirkt.
Vorzugsweise ist die Spannrolle eine Rolle aus geschliffenem oder chromplattiertem Stahl mit großem Durchmesser. Zweckmäßigerweise wird die Spannrolle so angeordnet, daß ihre Rotationsachse horizontal verläuft, wobei dann die Spannrolle dazu dienen kann, die Fasern dem Harz zu imprägnieren.
Zu diesem Zweck kann die Spannrolle so angeordnet sein, daß der untere Teil ihrer Lauffläche in den Harzbehälter sintaucht. Es kann ein einstellbarer Schaber oder Quetscher angeordnet sein, um das Harz auf der Lauffläche der Rolle zu verteilen, um dem Kunstharzfilm auf der Rolle die gewünschte Dicke zu geben.
Eine oder mehrere zusätzliche Spannrollen, welche der ersten Spannrolle konstruktin ähnlich sind, können in der Fließrichtung nach dieser angerodnet 5etLn , -so daß die Faserbündel nacheinander um die Spannrollen geführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen in: Fig. 1 eine schematische, geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundrohres; big. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1; Figuren 3 und 4 eine Seitenansicht bzw. Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab welche die Führungsvorrichtung und Verflachungsvorrichtung für die Faserbündel zeigt, bevor diese die Spannrolle erreichen; Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundrohres nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundrohres nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung weist irgendwelche geeigneten Mittel zur Drehung eines Innenrohres 1 um seine horizontal angeordnete Längsachse 1 auf, z. B.
eines Betoninnenrohres. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Rohr 1 zwischen Endringen 2 gehalten, welche in geeigneten (nicht dargestellten) Lagern drehbar montiert sind, wobei einer der Endringe von einem Elektromotor 3 angetrieben wird.
Die Bezugsziffer 4 bezeichnet Spulen mit Rewehrungsfasermaterial, z. B. Glasfasern, wobei jede Spule mit einem Bündel 5 von im wesentlichen parallelen Glasfasern umwunden ist. Die Faserbündel'werden als Fläche 6 von den Spulen 4 abgezogen und in einer Schicht um das Innenrohr 1 durch Drehung des letzteren in Richtung des Pfeiles A gewickelt, Zwischen den Spulen 4 und dem Innenrohr 1 werden die Faser bündel 5 durch einen Rechen 7, um eine Führungsvorrichtung 8, um eine Spannrolle 9 und eine hrungsvorrichtung 10 herum, geführt.
Die Spannrolle 9 ist eine geschliffene oder chromplattierte Rolle mit großem Durchmesser, die um eine horizontale Achse in (nicht.dargestellten) Lageryl drehbar montiert ist. Auf die zelle 11 der Sp.annrolle kann ein Bremsmoment durch eine Bremsvorrichtung 12 geeigneter Ausbildung aufgebracht werden.
Der untere Teil der Umfangsfläche der.Spannrolle 9 taucht in ein Bad 13 aus flüssigem aushärtbarem Kunstharz, z. B.
einem Polyesterharz, so daß die Spannrolle mit einem Film aus Harz überzogen wird, wenn die Spannrolle sich dreht.
Ein einstellbarer Schaber- oder Quetscher 14 stellt eine gleichmäßige Verteil-ung des Harzes auf der Fläche der Spannrolle 9 sicher, so daß ein Kunstharzfilm gewünschter Dicke sich auf der Spannrolle bildet.
Die Fuhrungsvorrichtung 8 in Fließrichtung vor der Spannrolle 9 kann die Form eines fest angeordneten Bolzens ausgebildet sein, hat jedoch vorzugsweise die Form von einer oder mehreren drehbaren Rollen. Diese Führungsvorrichtung 8 dient zum Ausebnen der Faserbündel bevor diese die Oberfläche der Spannrolle, wie in Figuren 3 und 4 dargestellt ist, erreichen. In Fließrichtung vor der Führungsvorrichtung 8 dient ein Rechen 7 zur Erzielung eines Abstandes zwischen den Faserbündeln in der gewünschten Größe der Ganghöhe p.
Vorzugsweise sind die Spalte zwischen deneinzelnen Zinken 15 des Rechens 7 kleiner als die Durchmesser der Fäserbündel 5.
.rTachdem die Faserbündel 5 um die Spannrolle 9 herumgeführt wurden, laufen sie um die Führungsvorrichtung 10, welche vorzugsweise die Form einer oder mehrerer drehbarer Rollen hat.
Diese Führungsvorrichtung 10 dient dazu, jegliche Tendenz der Faserbündel 5, sich wieder zu Gespinsten mit kreisförmigem Querschnitt zu vereinigen, zu verhindern, bevor diese das Innenrohr 1 erreichen. Im allgemeinen ist es lediglich notwendig, die Führungsvorrichtung 10 zu verwenden, wenn eine dünne Schicht von Fasermaterial auf das Innenrohr 1 aufgebracht wird, um sicherzustellen, daß die gesamte Fläche des letzteren mit des Fasermaterial bedeckt wird. !erd.en viele überlagerte Schichten des Fasermaterials auf das Innenrohr aufgewickelt, so kann die. Führungsvorrichtung 109 weg gelassen werden.
Die Spulen 4, die Spannrolle 9 mit dem Harzbad 13 und der Bremsvorrichtung 12,m die Führungsvorrichtungen 8 oder 10 und der Rechnen 7 sind auf einem Vagen 16 montiert, welcher auf parallel zur Rotationsachse des Innenrohres q montierten Schienen verschieblich ist.
Beim Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung werden die Faserbündel 5 zuerst durch die Vorrichtung geführt- und ihre Anfangsenden in jeder geeigneten reise an der Oberfläche des Rohres 1 an dessen einem Ende befestigt. Das Rohr 1 wird dann in Drehung versetzt und nach mehreren windungen des Rohres wird die Bremsvorrichtung 12 eingestellt, um auf die Fasern die gewünschte Spannung aufzubringen, worauf der 'Magen 16 auf den Schienen 17 so verschoben wird, daß die kunstharzimprägnierten Fasern schraubelinienförmig auf das Innenrohr mit'dem Steigungswinkel o aufgewickelt werden. Ist eine Faserschicht auf das Innenrohr von einem Ende zum anderen aufgewickelt worden, so wird der Vagen 1.6 in die entgegengesetzte Richtung verschoben, so daß eine weitere Faserschicht auf das Rohr aufgewickelt wird. Dieses Verfahren wird so oft wiederholt , bis die gewünschte Dicke von harzimprägniertem Fasermaterial auf dem Innenrohr aufgewickelt ist, Die Haupfaktoren, welche die Spannung in den auf das Innenrohr 1 aufgewickelten Fasern hervorrufen, sind folgende: 1. Die in den Fasern während des Auflaufens auf die Spannrolle 9 herrschende Spannung; 2. Das Bremsdrehmoment TB, welches auf die Spannrolle 9 aufgebracht wird., und 3. das Adhäsionsdrehmoment TA der Fasern auf die Spannrolle 9.
Dieses Adhäsionsdrehmoment hängt seinerseits ab von: 4. Dem Durchmesser der Spannrolle 9; 5. dem Umschlingungswinkel X, den die Fasern auf der Spannrolle 9 haint, 6. der Dicke des Harzfilms auf der Spannrolle 9; 7. der viskosität des Harzes und seinem Härtungsgrad; 8. dem Reibungskoeffizienten K zwischen den Fasern und der Oberfläche der Spannrolle und 9. der, relativen Schupfgeschwindigkeit V zwischen den fasern und der Spannrolle Infolge von Ungleichmäßigkeiten in der Form des Innenrohres 1 ist es unvermeidlich, daß Schwankungen in der Spannung der verschiedenen Fasern in den Bündeln 5 auftreten, wenn die Fasern sich auf der Oberfläche der Spannrolle 9 sich nicht ausgleichend so verschieben können, daß eine Faser ihre Spannung gegenüber der anderen ausgleicht. Diese bedeutet, daß die Fasern relativ zu der Spannrollen-9-Oberfläche gleiten können müssen. Die relative Schlupfgeschwindigkeit V sollte jedoch so klein wie möglich gehalten werden, zusammen mit einem gleichförmigen Unterspannungsetzen der Fasern, um den Energieverlust an der Oberfläche der Spannrolle so klein wie möglich zu halten, Dieser Energieverlust ist direkt proportional der chlupfgeschwindigkeit V.
1-las das Adhäsionsdrehmoment TA anbetrifft, so ist der Durchmesser der Spannrolle 9 selbstverständlich für jedes besondere Rohrwickelverfahren konstant, wobei der Umschlingungswinkel g durch Veränderung der Lage der Fuhrungsvorri chtungen 8 und/oder 10 zu der Rolle eingestellt werden kann, und die Dicke des Harzfilms und die Viskosität des Harzes eingestellt werden können. Der Reibungskoeffizient X variiert beträchtlich in Abhängigkeit von der Harzmenge, mit welcher die Fasern imprägniert werden. Sind die Fasern trocken, so hat K einen niedrigen Wert, welcher beträchtlich in dem Maße ansteigt, in welchem das Gewicht des Harzes, mit welchem die Fasern imprägniert sind, zunimmt. K erreicht ein Maximum, wenn die- imprägnierten Fasern etwa 15 Gew.£/o Harz enthalten und etwa 85 Gew.% Fasermaterial. Steigt der Anteil des Harzes über 15 Gew.3¼, so fällt K scharf ab infolge eines t1.!echsels in der Art der Reibung zwischen den Fasern und der .Oberfiäch,e der Spannrolle.
erden die Fasern mit bis zu 15 Gew.% Harz imprägh«i.ert,-so existiert zwischen den Fasern und der Fläche der Spannrolle Trockenreibung. Ist das Harz jedoch in einer Menge von mehr als 15 60 anwesend, so entsteht zwischen den Fasern und der Spannrollenfläche Naßreibung, bei welcher-die Reibungskraft dem quadrat der Schlupfgeschwindigkeit V proportional ist.
Das Bremsmoment TB wird vorzugsweise von einer Bremsvorrichtung mit Trockenreibungswirkung aufgebracht, so daß der ert von TB im wesentlichen durch die Rotationsgeschwindigkeit der Spannrolle 9 unbeeinflußt bleibt.
In der Praxis werden die Dicke des Harzfilmes und die V,iskosität- des Harzes so gewählt, daß das Adhäsion-smoment TA ein Maximum ist, wobei jedoch darauf geachtet wird, daß ein gewisses Minimum an gewichtsmäßigem Harzanteil, gemessen an dem Gewicht des Fasermaterials, auf die Fasern aufgebracht werden muß, um eine Schich-t von zufriedenstellender Festigkeit auf dem Innenrohr zu erreichen, und weiter beachtet werden muß, daß die Viskosität des Harzes genügend klein sein muß, um eine sorgfältige Imprägnierung der Fasern sicherzustellen. Das Premsmoment TB wird dann so gewählt, daß in den Fasern die gewünschte Spannung entsteht, und die Vorrichtung wird dann so eingestellt, daß eine kleine Schlupfgeschwindigkeit V besteht, wodurch die Fasern im wesentlichen gleichförmig gespannt werden. Dies kann z. B. durch geeignetzes Einstellen des Umschlingungswinkels dL geschehen.
Vorzugsweise werden die Spulen 4 so angeordnet, daß sie der Drehung einen geringen Reibungswiderstand entgegensetzen, so daß die Faserbündel 5 unter geringer Spannung (z. B. 200 Gramm pro Bündel) stehen, wenn sie die Spulen verlassen. Die Führung der Fasern durch den Rechen 7 und um Führungsvorrichtung 8 herum vergrößert die Spannung in den Bündeln, so daß letztere unter einer Spannung die Spannrolle 9 erreichen, welche etwa 400 Gramm pro Bündel betragen kann. Hat die Führungsvorrichtung 8 die Form einer drehbaren Rolle, so kann diese einem konstanten (nach- Wunsch jedoch einstellbaren) Bremsmoment unterworfen werden, um die Spannung in den Faserbündeln, die die Spannrolle 9 erreichen, zu erhöhen.
Die FührungsVorrichtung 10 kann im Falle ihres Vorhandenseins ebenfa.lls-einem Bremsmoment unterworfen werden.
Die Adhäsion der harzimprägnierten Fasern an der Führungs vorrichtung 10 oder auf der Spannrolle 9, wenn die Führungevorrichtung 10 fehlt, verhindert jegliches Gleiten der Fasern auf der Fläche der Spannrolle in Richtung der Rotationsachse des Rohres bis zu Werten eines Steigungswinkels P von von 30°.
Man bemerkt, daß ein Rechen in Fließrichtung-nach der Spannrolle 9 vorgesehen ist. Es wurde festgestellt, daß bei hochgespanntem Zustand der Fasern zwischen der. Spannrolle 9 und dem Innenrohre 1 die Anwesenheit eines Rechens. nicht. notwendig ist, um die Faserbündel im Abstand voneinander zu halten.
In Fällen, in denen ein sehr hohes Bremsmoment rp auf die' Spannrolle 9 aufgebracht wird, ist es vorteilhaft, die Bremsenergie wiederzugewinnen, um um den Energiea.ufwand de.r Vorrichtung zu verringern Figur 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Wickelvorrichtung, welche eine solche Rückgewinnung der Bremsenergie vorsieht. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 18 eine Schupfkupplung, welche mechanisch, elektrisch oder hydraulisch arbeiten kann, welche eine .1elle 11 aufweist, welche mit der Spannrolle 9 verbunden ist und eine andere Zelle 19 aufweist, welche über eine Riemenscheiben 20, 21 und-einen Riemen 22 aufweisende Transmission mit der den windring 2 treibenden Welle 23 verbunden ist. Bei einer solchen Vorrichtung ist der Energieverlust proportional zu dem Schlupf in der Kupplung 18.
Bei einer weiteren abgeänderten Ausführungsform der Wickelvorrichtung, von welcher ein Teil in Figur 6 dargestellt ist, wird die Bremswirkung auf die Spannrolle 9 mit Hilfe eines hydraulischen Systems aufgebracht, welches den Vorteil hat, daß es eine leicht und kontinuierlich steuerbare Bremswirkung erzeugt. Bei der Vorrichtung nach dieser figur weist die Spannrolle 9 eine hydraulische Pumpe- 25 auf, die an ihrer Welle befestigt ist, und das Innenrohr 1 wird von einem hydraulischen Motor 26 getrieben. Die Saugseite 27 der Pumpe 25 ist mit dem Auslaß einer Auffüllpumpe 28, und die Auslaßseite 29 der Pumpe 25 ist mit dem Einlaß des Motors 26 verbunden. Die Kapazität des Rotors 26 wird so gewählt oder eingestellt, daß sie wenig kleiner ist als die Liefermenge der Pumpe 25.' Die Leitung 30 zwischen der Pumpe 25 und dem M-o-t-or 26 weist eine Nebenschlußverbindung 31 zu d'em Auslaßtehälter 32 auf und enthält -ein Überdruckventil 33.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 6 wird die Spannrolle 9 solange gebremst solange die Faserbündel 5 normal zu dem Innenrohr 1 laufen Im Falle eines Bruches der Faserbündel wirkt die Pumpe 25 als W-oter, welcher von der Pumpe 28 getrieben wird und treibt die SpannrolIe. Die gebrochenen Enden der Fasern werden so durch die Vorrichtung gefthr;t. Wenn die ,gebrochenen Enden wieder an dem Innenrohr befestigt sind, so nimmt die Pumpe 25 ihre Rolle als Bremsvorrichtung für die Spannrolle wieder auf. Die Pumpe 25 kann auch in dieser leise verwendet werden, wenn die Vorrichtung vor dem Beginn eines Rohrwickelganges in Betrieb gesetzt wird.
Wollte es erwünscht sein, zusätzlich zu schraubenförmigem Aufwickeln der Fasern auch längs angeordnete Bewehrungsfasern in die Schicht auf dem Innenrohr einzubringen, so können solche längsverlaufenden Fasern zwischen Dornen 24 (vgl.
Figuren 1 und 2) gespannt werden, welche längs des Umfanges der Endrige 2 vorgesehen sind. Diese längs angeordneten Fa sern können an den Dornen 24 befestigt werden, nachdem die Wicklung einer Schicht von Fasernbündeln 5 durchgeführt wurde.
Üle nächstfolgende Schicht von Faserbündeln wird dann auf die längs angeordneten Fasern oben aufgewickelt, so daß diese in der hartzimprägnierten Schicht des Verbundrohres eingebettet werden.
Ist die gewünschte Menge von harzimprägniertem Fasermaterial auf das Innenrohr 1 aufaebracht worden, so läßt man das Harz aushärten, und zwar mindestens teilweise, bevor die Faserbündel 5 abgetrennt werden und das Werbundrohr zwischen den Endringen 2 herausgenommen wird. f)as Aushärten den Harzes kann nach Wunsch durch Beheizen der harzimprägnierten Schicht beschleunigt werden, z. R. mit Hilfe von geeignet rund um das Rohr angeordneten Heizvorrichtungen (nicht dargestellt).
Die verschiedenen oben mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4, 5 und 6 beschriebenen Vorrichtungen können jede durch Hinzufügen von einer, oder mehreren zusätzlichen Spannrollen, welche in Fließricllung nach der Spannrolle 9 angeordnet sind, modifixiert werden. In diesem Falle laufen die kunstharzimpragi nierten Faserbündel nacheinander rundum die verschiedenen Spannrollen. Nach-Vunsch können die Fasern mit mehr Harz imprägniert werden, bevor sie in Berührung mit der oder jeder zusätzlichen Spannrolle kommen. Es ist auch möglich, das Harz nur teilweise aushärten zu lassen, wenn die Harzimprägnierten Fasern von der Spannrolle 9 zu einer zusätzlichen Spannrolle laufen. Das Harz auf dem diese zusätzliche Spannrolle berührenden Fasern ist dann in einem Gelzustand. Dieses teil.-weise Aushärten des Harzes kann erreicht werden mit Hilfe von geeignet angeordneten Heizvorrichtungen in Fließrichtung nach der Spannrolle 9.
Patentanspruche:

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren, bei welchem eine Vielzahl von kunstharzimprägnierten Fasern aus verstärkendem Material auf ein Innenrohr aufgewickelt werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fasern auf das Innenrohr (1) unter einer vorbestimmten hohen Spannung aufgewickelt werden, und daß die Spannung in jeder Faser so gesteuert wird, daß in allen Fasern im wesentlichen die gleiche Spannung vorherrscht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die harzimprägnierten Fasern schraubenlinienförmig oder in Umfangsrichtung kreisförmig auf das Innenrohr (1) in einer oder mehreren Schichten-aufgewickelt werden.
3. verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß gleichmäßig unter Spannung stehendes, in Längsrichtung angeordnetes verstärkendes Pasermaterial rundum den Umfang des Innenrohres zwischen den Schichten des schraubenlinienförmig oder in Umfangsrich tung kreisförmig aufgewidelten Fasermaterials angeordnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gek e n n z e i c hn e t , daß das: Innenrohr (1) aus Metall, keramischem Material, Kunststoff, Asbest-Zement oder aus auf normalem Zement oder Kunstharz basierendem Beton besteht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Fasermaterial aus Glasfasern, hochfestem MAetalldraht, Kohle, Nylon oder anderen Chemiefahren besteht.
6. Herfahren nsch einem der Ansprüche 1 bis , dadurch rCr e k e n n z e i e h n e t , daß das zum Imprägnieren des Fasermaterials verwendete Harz ein Polyesterharz, eine Allyl-Verbindung, ein Phenolharz, ein @iliconharz, ein Melaminharz, ein Enoxydharz oder ein Furanharz ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die lasern mit 1 unstharz imprägniert werden, die imprägnierten Fasern mindestens teilweise um die Umfangsfläche einer ersten drehbaren Spannrolle (o) geführt und dann von dieser Spannrolle (9) durch Drehung des Innenrohres (1) abgezogen werden, wobei die taserrr ein Adhäsionsmoment auf die Spannrolle (n ausüben und diese drehen, sowie durch Aufbringen eines Bremsmomentes auf die Spannrolle (9).
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t n e t , daß die harzimprägnierten Fasern mind-estens teilweise um die Lauffläche mindestens einer zusätzlichen drehbaren Spannrolle nach dem Passieren der genannten ersten Spannrolle (9) laufen und ein Bremsmoment auf diese oder jede zusätzliche Spannrolle aufgebrscht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e ç e n n -z e i c h n e t , daß die ialasern mit einem flüssigen, aushärtbaren Kunstharz auf der Fläche der ersten Spannrolle (9) imprägniert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch r e k e n ia z e i c hn e t , daß die Fasern mit weiterem flüssigen, aushärtbarem kunsthartz aufder Oberfläche der oder jeder zusätzlichen Spannrolle (n) imprägniert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, da; das Har teilweise autf den Fasern ausgehärtet wird, wenn diese von der ersten spannrolle (9) zu einer weiteren Spannrole laufen.
12. Verfahren nach einem der Anschprüche 1 bis 11. dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Fasermaterial aus Glasfaseren besteht, welche mit 14 - 16 Gew.#an flüssigem, aushärtbarem Vunstharz imprägniert werden, gemessen am Gewicht der imprägnierten lasern.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bremsmoment so eingestellt wird, daß ein begrentzer Schlunf der Fasern relativ zu der Fläche der oder jeder Spannrole (n) erzeugt wird.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 13, mit Bitteln zum Drehen des Innenrohers (1) um seine Tängsachse , einem Vorrart aus verstärkendem Fasermaterial, von welchem eine Vielzahl von Fasern gleichzeitig abgezogen und in einer Schicht auf das Innenrohr durch Drehung des letzteren aufgevickelt werden kann, einem Behälter mit flüssigem, aushärbarem Kunstharz für die Imprägnierung der Fasern an einer zwischen dem Vorrat an verstärkendem Fasmaterial und dem Innenrohr (1) gelegenen Stelle, g e k e n n z 1 i e h n e t durch eine erste drehbare Spannrole (9), um welche die harzimprägnirten Fasern mindestens teilweise geschlungen werden, so daß die asern ein Adhäsionsmoment auf die Rolle ausüben und diese drehen, sowie durch Mittel (12) zum Aufbringen eines veränderbaren Bremsmomentes auf die Spannrole (9)
15. Vorrichtung nach Anschpruch 14, dadurch g e k e n n. -z e i c h n e t , daß mindestens eine zusätzliche rannrolle vorgesehen ist, um deren Fläche die harzimprägnierten Fasern mindestens teilweise geschlungen werden, nach dem sie die erste Spannrolle e (9! verlassen haben, und da;3 Mittel zum Aufbringen eines veränderbaren Bremsmomentes auf die -oder jede zusätzliche Spannrolle (n) vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anschpruch 14 oder 15, dadurch gekennz e i c h n e t , daß die Fasern lia der Form einer Vielzahl von Faserbründeln (5) von dem Vorrat an Fasermaterial abgezogen werden, wobei die Paserbiindel (E! durch eine Führungsvorrichtung (8) laufen, bevor sie die erste Spannrolle (9) erreichen, welche jedes Faserbündel (5) flächig ausrichtet, bevor es die Oberfläche der Spannrolle (9) erreicht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch - e k e n n -z e i c h n e t , daß die Faserbündel () vor dem Durchlaufen der Führungsvorrichtung (8) einen Rechen (7) passie ren, welcher den gewünschten seitlichen Abstand der Faser bündel (5) verwirklicht.
18. Vorrichtunr nach einem der Ansprüche 14 bis ii, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die oder jede Spannrolle (n) so angeordnet ist, daß ihre Rotationsachse im wesentlichen horiz-ontal verläuft
19. Vorrichtung nach Anschpruch 18, dadurch t e k e n-n -z e i c h n e t , daß das Imprägnieren der lasern mit dem Kunstharz auf der Oberfläche der ersten Spannrolle (9) erfolgt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der.untere Teil der Umfangsfläche der Spannrolle (20) in den Vorratsbehälter (13) für das Harz eintaucht.
21, Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein einstellbarer Schaber (14) oder Quetscher vorgesehen ist, um das Harz auf der Fläche der Spannrolle (9) zu verteilen und dem Harzfilm darauf die gewünschte Dicke zu reben.
22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15, 18 und 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fasern ebenfalls auf den Flächen der oder jeder weiteren Spannrolle (n) mit Kunstharz imprägniert werden.
23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 18, dadurch ge e k e n n z e i c h n e t , daffi Vorrichttungen zum teilweisen Aushärten des Harzes auf den Fließrichtung Fasern vorgesehen sind, während die Wasern von der ersten Spannrolle (?? zu einer zusätzlichen Spannrolle laufen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch g e k e n n e e i c h n e t , daß eine Führungsvorrichtung (8) in Fließrichtung vor der ersten Spannrolle (9) vorgesehen ist, um welche die Fasern geleitet werden, bevor sie die erste Spannrolle (9) benibren.
25. Vorrichtung nach Anssruch 24, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Tage der Führungsvorrichtung relativ zu der ersten Spannrolle (q) einstellbar ist, um den Umfschlingungswinkel (#) der Fasern mit der Fläche der arsten Spannrolle (9) zu variieren.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch geke z e i c b n e t , daß die Führungsvorrichtung () die Form von einer oder mehreren nicht rotierenden Vapfen oder rotierenden pollen aufweist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch 5 e ar e n n z e i c h n e t , daß in Fließrichtung vor der Führungsvorrichtung (8) ein Rechen (7)vorgesehen ist, durch welchen die Fasern laufen, um sie in dem gewünschten Abstand einer Ganghöhe zu halten.
28. Vorrichtung nach einem der Anschprüche 14 bis 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in Fließrichtung nach der ersten Spannrolle (9) eine Führungsvorrichtung (10) vorgesehen ist, um welche die gesnannten Fasern laufen, bevor sie auf das Innenrohr (1) aufgewickelt werden.
29. Vorrichtung nach Anspruch 2d, dadurch . e k e n n -zeichnet, daß die Lage dieser Führungsvorrich tunr (10) relativ zu der ersten Spannrolle (o) einstellbar ist, llm den Umschlingungswinkel ( i ) der Fasern lPit der ersten Spannrolle (9) zu variieren.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die in der Bremsvorrichtung (12) entwickelte Bremsenergie wiedersgewonnen und für den Antrieb des Innenrohres (1) verwendet wird
31. Vorrichtung nach Anschpruch 30, dadurch g e k. e n n -z e i c h n e t, daß die Bremsvorrichtung die Form einer Schlunfkupplung (18) aufweist.
32. Vorrichtung nach einem der Änanrilohe 14 bis 29, dadurch e e 'r e n n z e i c h n e -t , daß die erste Spannrole (9) mit einer hidraulischen Pumne (25) verbunden ist, deren Einlaß mit einer Auffüllpumpe (28) verbunden ist, und deren Auslaß mit einem hydraulischen Motor (26) verr-',unden ist, welcher das Innenrohr (1! dreht.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kapazität des hydraulischen Motors (26) geringer ist als die Fördermenge der hydraulischen Pumpe (25).
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Überdruckventil (33) in der Verbindungsleitung zwischen dem hydraulischen Motor (26) und der hydraulischen Pumpe (25).