DE2065706A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen herstellen eines faserverstaerkten kunststoffrohres - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen herstellen eines faserverstaerkten kunststoffrohres

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DE2065706A1 DE2065706*A DE2065706A DE2065706A1 DE 2065706 A1 DE2065706 A1 DE 2065706A1 DE 2065706 A DE2065706 A DE 2065706A DE 2065706 A1 DE2065706 A1 DE 2065706A1
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    • B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0005—Conductive

Description

Sayer Aktiengesellschaft
Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
509 Leverkusen, Bayerwerk
14. November 1974
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffrohres.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffrohres, wobei auf einen Dorn oder Innenliner mindestens ein endloser und nahtloser Armierungsschlauch aufgebracht und von einem duroplatischen Werkstoff durchtränkt wird, der anschließend aus'ge härtet wird.
Faserverstärkte Rohre aus Kunststoffen, gegebenenfalls mit einem Innenliner, der ebenfalls aus einem Kunststoff aber auch aus Metall bestehen kann, werden schon seit längerem vorzugsweise aus duroplastischen Kunststoffen, beispielsweise aus ungesättigten Polyesterreaktionsharzen und Epoxydreaktionsharzen, hergestellt. Als Verstärkungseinlagen werden in der Regel Glasfasern in Form von Rovings oder Bändern verwendet, die mit dem Harz durchtränkt werden.
In neuerer Zeit finden anstelle der Glasfasern auch andere Fasern, wie beispielsweise Kohlefasern, Borfasern, synthetische Fasern auf Basis Polyamid und Polyvinylchlorid usw. Verwendung. Auch feintitrige metallische Fasern sind geeignet.
Le A 15 350-1
509816/0367
Λ.·
Es ist allgemein bekannt, glasfaserverstärkte Rohre i&t Wickelverfahren herzustellen. Das Prinzip dieses Verfahrens besteht darin, Rovings oder Glasgewebebänder in einer Tränkvorrichtung mit Reaktionsharz zu imprägnieren, in einer Abstreifvorrichtung vom überschüssigen Harz zu befreien und über eine Führung auf einen sich um eine horizontale Achse drehenden zylinderförmigen Dorn lagenweise zu wickeln und anschließend das gebildete Rohr aushärten zu lassen.
Es gibt kontinuierlich arbeitende Wickelanlagen, bei denen ein kontinuierlich extrudiertes Rohr aus Polyvinychlorid als Innenliner in Längsrichtung vollständig mit Rovings belegt wird, die durch dicht nebeneinanderliegende Umfangswicklungen fixiert werden. Kardanisch aufgehängte Tränkbänder mit den dazugehörigen Spulen rotieren dabei um das sich langsam in Achsrichtung weiterbewegende Polyvinylchlorid-Rohr.
Gemäß einem anderen bekannten kontinuierlichen Verfahren wird ein endloses Stahlband zwangsweise auf ein dornähnliches Trägersystem gewickelt. Die Mantelfläche des Trägersystems besteht aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender und sternförmig zur Achse angeordneter Spezial-Metallprofile, die im Abstand von einigen Zentimetern über ihre ganze Länge kugelgelagerte Rollen halten. Die Oberfläche des Trägersystems besteht dadurch aus einer Vielzahl von Rollen, auf denen das aufgewickelte Stahlband einerseits in Umfangrichtung und andererseits infolge der zwangsweisen Aufwicklung auch in Achsrichtung gleiten kann. Am freitragenden Ende wird das Stahlband abgezogen und durch das Trägersystem nach einigen Umleitungen erneut zwangsweise aufgewickelt. Durch diesen. Mechanismus erhält man eine rotierende, sich langsam in Achsrichtung vorwärts bewegende Oberfläche, die das aufgewickelte Laminat kontinuierlich in axialer Richtung verschiebt. Das Laminat durchläuft einen Aushärteofen. Erst kurz vor dem Ende des Aushärteofens endet der Wickelkern. Der Wickelschuß wird anschließend mittels einer mitlaufenden Schneidvorrichtung in die- gewünschten Längen geschnitten.
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Diese bekannten Verfahren sind sehr aufwendig und mit relativ langen Fertigungszeiten verbunden. Die nach diesen bekannten Verfahren gefertigten Rohre besitzen eine geringe Kraftaufnahmefähigkeit in axialer Richtung, so daß sie anfällig gegen Biegespannungen sind.
Andererseits ist es bereits bekannt, einen nahtlosen Strickschlauch über einen aufblasbaren Dorn zu ziehen, den Strickschlauch in einem Harzbad zu tränken, den belegten Dorn in einen entsprechend konturierten Hohlraum einzuführen und den Dorn aufzublasen, so daß er die Kontur des Formhohlraumes annimmt. Anschließend wird das Harz ausgehärtet, so daß ein konturiertes Rohrstück entsteht. Es handelt sich hierbei um eine diskontinuierliche Einzelfertigung, bei der ein vor- ™
fabrizierter Strickschlauch begrenzter Länge verwendet wird. Durch die starke inhomogene Verformung des Strickschlauches ist dieser bei Krafteinleitungen stellenweise recht hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Derartige Formstücke sind deshalb keinen so hohen Innendrücken aussetzbar, wie sie beispielsweise ' bei Druckförderleitungen für Flüssigkeiten, oder Gase z.B. Erdöloder Erdgasleitungen notwendig sind.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Herstellen von faserverstärkten Rohren zu. schaffen, wobei diese Kunststoffrohre neben guten Festigkeitswerten in radialer Richtung auch M solche in axialer Richtung aufweisen sollen und außerdem eine rentable Fertigung erlauben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Dorn oder Innenliner mit dem in fließfähigem Zustand befindlichen duroplastischen Werkstoff beschichtet und anschließend bestrickt wird, wobei durch Anlegen einer Abzugskraft an das Rohr der Armierungsschlauch in den duroplastischen Werkstoff eingepreßt und von diesem durchtränkt wird.
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Auf diese Weise wird eine Faserarmierung hergestellt, die sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung aus einem zusammenhängenden Gebilde besteht und deshalb auch besonders gute Festigkeitswerte des fertigen Rohres nicht nur in radialer Richtung sondern auch in axialer Richtung gewährleistet.
Als duroplastische Werkstoffe zur Herstellung des Rohres kommen vorzugsweise ungesättigte Polyesterreaktionsharze und Epoxydharze in Frage. Für die Faserarmierung werden zur Herstellung des Strickschlauches vorzugsweise Rovings aus Glasfasern aber auch aus Kohlefasern, Borfasern, Metallfasern, natürlichen und A synthetischen Fasern sowie Mischfasern verwendet. Die gleichen Fasermaterialien eignen sich für zusätzliche Umfangswicklungslagen. Die Festigkeitseigenschaften lassen sich sowohl im Umfangsrichtung als auch in Rohrlängsrichtung über die Änderung der Maschenrichtung und Maschenzahl variieren. Die Variation der Maschendichte und Maschenweite erlaubt das Einstellen des Fasergehaltes im Duroplasten. Auch durch die Verwendung von verschiedenen Faserarten in einem Strickgewebe oder für verschiedene Lagen lassen sich Festigkeitsabstufungen erzielen.
Bei der Verwendung von elektrisch leitfähigen Fasern kommt der besondere Vorteil hinzu, daß man diese Armierungseinlagen gegebenenfalls als elektrische Heizung benutzen kann, indem man sie φ mit Stromzuführungen versieht. Elektrisch leitende Armierungseinlagen können in vorteilhafter Weise auch zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen verwendet werden. Als Innenliner eignen sich vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe, wie beispielsweise Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyamid usw. Auch vorgefertigte metallische Rohre können als Innenliner Verwendung finden. Soweit es sich um thermoplastische Innenliner handelt, lassen sich diese vorzugsweise unmittelbar vor dem Auftragen des duroplastischen Werkstoffes und Aufbringen der Faserarmierung extrudieren.
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Zur Herstellung besonders hochbeanspruchbar^r Rohre sisht die Erfindung vorzugsweise vor, daß mehrere Schichten duroplastischen Werkstoffes und mehrere Fasermateriallagen abwechselnd aufgetragen werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Dornes, wird die erste Schicht duroplatischen Werkstoffes ausgehärtet, bevor weitere Schichten aufgetragen werden.
Zur Erhöhung der Radialfestigkeit sieht das Verfahren gemäß einer besonderen Ausführungsform vor, daß wenigstens eine Fasermaterialzwischenla ge im Umfangswickelverfahren in Form von Rovings oder Bändern aufgetragen wird.
Zum Erzielen hoher Festigkeiten wird der Armierungsschlauch vorzugsweise durch die auf das Rohr wirkende Abzugskraft vorgespannt. Beim Aushärten wird die Vorspannung fixiert.
Für die Herstellung von Rohren mit einem bestimmten Innenprofil, beispielsweise Rundprofil, Mehrkantprofil, elliptisches Profil, verwendet man vorzugsweise einen entsprechend profilierten Dorn bzw. Innenliner.
Vorzugsweise rotiert der Dorn bzw. Innenliner, damit der zugeführte duroplastische Werkstoff besser von der Auftragsdüse abgestreift wird. Zum Vermeiden einer ungleichmäßigen Beschichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Dorn bzw. Innenliner in axialer Richtung hin und her zu bewegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Dorn oder Innenliner und mindestens einer Auftragsvorrichtung für duroplastischen Werkstoff und mindestens einer Armierungsaufbringungsvorrichtung mit nachge schalte t'em Aushärteofen. Das Neue ist darin zu sehen, daß der Dorn oder Innenliner zunächst von einer dazu konzentrisch angeordneten, aus einer Auftragsdüse bestehenden Auftragsvorrichtung umgeben ist, hinter der in Arbeitsrichtung gesehen, als Armierungsaufbringungsvorrichtung ein den Dorn oder Innenliner umgebender Strickkopf angeordnet ist» Die Auftragsdüse besteht bei-
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spielsweise aus einem kleinen Vorratsbehälter, an dessen Boden eine auswechselbare Abstreifdüse vorgesehen ist, die den Dorn bzw. Innenliner unter Belassung eines Spaltes umgibt. Strickköpfe sind in verschiedenen Variationen auf dem Markt erhältlich, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Jersyware verwendet werden.
Bei senkrechter Anordnung der Vorrichtung genügt als Abzugskraft unter Umständen bereits das Eigengewicht der gefertigten Rohre. Nach einer besonderen Ausführungsform, insbesondere bei horizontaler Anordnung der Vorrichtung, ist eine Abzugsvorrichtung vorgesehen.
Vorzugsweise sind mehrere Auftragsdüsen und Strickköpfe abwechselnd nacheinander angeordnet. Wird mit einem Dorn gearbeitet, ist insbesondere in diesem Falle hinter der ersten Auftragsdüse und hinter dem ersten ,Strickkopf: ein Aushärteofen vorzusehen, damit die erste Schicht erstarrt und für die weiteren Schichten als Träger dienen kann. Der auf diesen Träger weiterhin aufgetragene duroplastischer Werkstoff wird schließlich am Ende der Vorrichtung in einem zweiten Aushärteofen ausgehärtet.
Vorzugsweise ist zusätzlich wenigstens eine Umfangswicke!vorrichtung vorgesehen. Hierzu eignen sich die bei den bekannten Wickelverfahren verwendeten Vorrichtungen, mit denen beispielsweise Rovings bzw. Gewebebänder zugeführt werden.
Der Dorn ist vorzugsweise mit einem Rotationsantrieb ausgestattet. Alternativ hierzu ist der Strickkopf mit einem Rotationsantrieb versehen.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise auf einem Fahrzeug angeordnet, so daß Rohre unmittelbar beim Verlegen an Ort und Stelle kontinuierlich hergestellt werden können. Auf diese Weise werden beim Verlegen langer Rohrleitungen außerordentliche Kostenerparnisse erzielt.
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Selbstverständlich kann aber der kontinuierlich gefertigte Rohrstrang, insbesondere bei stationären Anlagen, auf entsprechende Rohrlänge geschnitten werden. Diese Rohrabschnitte werden erforderlichenfalls mit Flanschen versehen.
Anhand einer Zeichnung sei nun das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige erfindungsgemäße Vorrichtung nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 das zu fertigende Kunststoffrohr mit Innenliner, ausschnittsweise, im Querschnitt
Figur 2 das zu fertigende Kunststoffrohr ohne Innenliner,
ausschnittsweise, im Querschnitt φ
Figur 3 eine senkrecht stehende Vorrichtung zum Herstellen der Kunststoffrohre in rein schematischer Darstellung, und
Figur 4 eine auf einem Fahrzeug liegend angeordnete Vorrichtung zum Herstellen und unmittelbaren Verlegen der Kunststoffrohre, ebenfalls in rein schematischer Darstellung.
In Figur 1 besteht das faserverstärkte Kunststoffrohr 1 aus einem Innenliner 2, auf dem eine Duroplastschicht 3 angeordnet ist. In dieser Duroplastschicht 3 eingebettet befindet sich eine Faser- *m armierung 4. Sie ist aufgebaut aus einer inneren Stricklage 5, einer Ümfangswicklungslage 6 aus Rovings und einer äußeren Stricklage 7.
In Figur 2 besteht aus faserverstärkte Kunststoffrohr 8 aus einer in mehreren Lagen aufgetragenen Duroplastschicht 9, in die eine Faserarmierung 10 eingebettet ist. Diese ist aufgebaut aus einer inneren Stricklage 11, einer ümfangswicklungslage 12 und einer äußeren Stricklage 13.
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Figur 3 zeigt eine Vorrichtung mit einem Dorn 14, der über Zahnräder 15,16 mittels eines Motors 17 in Rotation versetzt wird. Den Dorn 14 umgibt eine Auftragsdüse 18, die über eine Zuführungsleitung 19 von einem Vorratsbehälter 20 mit duroplastischem Material beschickt wird. Der Auftragsdüse 18 nachgeschaltet ist ein Rundstrickknopf 21, dem Glasfaserfäden 22 von einer Vorratsrolle 23 zugeführt werden. In Arbeitsrichtung hinter dem Rundstrickkopf 21 ist ein Aushärteofen angeordnet. Beim Austritt des Kunststoffrohres 25 aus dem Aushärteofen 24 wird eine Umfangswicklung 26 aus auf einer Vorratsrolle 27 befindlichen Rovings 28 aufgelegt. Das Aufwickeln erfolgt durch die Drehung des Kunststoffrohres 25, das mittels eines Antriebs 29 in Rotation versetzt wird. Mittels einer weiteren, über die Leitung 19 mit duroplastischem Material beschickten Auftragsdüse 30 wird eine zweite Schicht duroplastischen Materials aufgetragen. Mittels eines zweiten Rundstrickkopfes 31 wird eine zweite Stricklage aufgelegt und vom duroplastischen Werkstoff durchtränkt, bevor dieser im Aushärteofen 32 erstarrt. Nach dem Aushärten erfolgt der Auftrag einer weiteren Umfangswicklung 33. Eine dritte Auftragsdüse 34 sorgt für den Auftrag einer weiteren Schidht duroplastischen Materials, auf das mittels eines dritten Rundstrickkopfes eine weitere Stricklage aufgelegt wird; Die Rundstrickköpfe 21,31 und 35 werden von einem gemeinsamen Antrieb 36 über eine Transmissionswelle 37 in Rotation versetzt. Die zuletzt aufgetragene duroplastische Schicht wird im Aushärteofen 38 fixiert. Der Abzug des Kunststoffrohres 25 erfolgt mittels eines Abzugswalzenpaares 39,40.
In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einem Fahrzeug 41 montiert. Aus einem Extruder 42 wird ein Innenliner extrudiert, auf den mittels einer ersten Auftragsdüse 44 ein Duroplast aufgetragen wird. Mit einem ersten Rundstrickkopf wird der Innenliner 43 mit einer Stricklage 46 umstrickt und
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darauf mittels einer Umfangswicke!vorrichtung 47 eine Umfangswickiungslage 48 aufgelegt. Mittels einer zweiten Auftragsdüse 49 wird erneut eine Schicht duroplastischen Materials aufgetragen und anschließend mittels eines zweiten Rundstrickkopfes 50 eine zweite Stricklage 51 aufgebracht. Schließlich wird mittels einer dritten Auftragsdüse 52 nochmals duroplastisches Material aufgetragen und mittels eines Rundstrickkopf es 53 eine dritte Stricklage 54 aufgelegt. Der Duroplast wird schließlich in einem Aushärteofen 55 fixiert. Das fertige Kunststoffrohr 56 läuft anschließend über eine Sützrolle 57 direkt in den für die Verlegung vorbereiteten Graben (nicht dargestellt). Das Fahrzeug 41 bewegt sich mit der Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung vorwärts.
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Claims (16)

Patentansprüche ΐ
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffrohres, wobei auf einen Dorn oder Innenliner mindestens ein endloser und nahtloser Armierungsschlauch aufgestrickt und von einem duroplastischen Werkstoff durcntränkt wird, der anschließend ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Dorn oder Innenliner mit dem in fließfähigem Zustand befindlichen duroplastischen Werkstoff bestrickt wird, wobei durch Anlegen einer Abzugskraft an das Rohr der Armierungsschlauch in den duroplastischen Werkstoff eingepreßt und von diesem durchtränkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten duroplastischen Werkstoffes und mehrere Fasermateriallagen abwechselnd aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anpsruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Domes die erste Schicht duroplastischen Werkstoffs ausgehärtet wird,bevor weitere Schichten aufgetragen werden. ■
4. Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fasermaterialzwischenlage im Umfangswickelverfahren in Form von Rovings oder Bändern aufgetragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Armierungsschlauch durch die auf das Rohr wirkende Abziehkraft vorgespannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein profilierter Dorn bzw.' Innenliner verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, bei Verwendung eines Dornes, dadurch gekennzeichnet', daß der Dorn oder Innenliner rotiert.
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8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn oder Innenliner in axialer Richtung hin und her bewegt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bestehend aus einem Dorn oder Innenliner mit mindestens einer Auftragsvorrichtung für duroplastischen Werkstoff und mindestens einer Armierungsaufbringungsvorrichtung mit nachgeschaltetem Aushärteofen, dadurch gekennzeichnet, daß in Arbeitsrichtung gesehen der Dorn (14) oder Innenliner (43) zunächst von einer dazu konzentrisch angeordneten, aus einer Auftragsdüse (18) bestehenden Auftragsvorrichtung umgeben ist, hinter der in Arbeitsrichtung gesehen, als Armierungsaufbringungsvorrichtung ein Strickkopf (21) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Abzugsvorrichtung (39,40).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Auftragsdüsen (18,30,34) und Strickköpfe (21,31,35) abwechselnd nacheinander angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der ersten Auftragsdüse (18) ein Aushärteofen (24) und hinter der letzten Armierungsaufbringungsvorrichtung (35) ein zweiter Aushärteofen (38) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens eine Umfangswickelvorrichtung.. (27) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, gekennzeichnet durch einen Rotationsantrieb (15,16,17) für den Dorn (14).
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15. Vorrichtung nach Anspruch S "bis 14, dadurcn gekennzeichnet, daß der Strickkopf (21) mit einem Rotationsantrieb (36,37) versehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15 gekennzeichnet, durch Anordnung auf einem Fahrzeug (41).
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Leerseite
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