DE2241819C3 - Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunstharzrohres durch Schleudergießen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunstharzrohres durch Schleudergießen, bei dem ein verstärkendes Maierial in mehreren Lagen um einen Dorn gewickelt, der Dorn mit dem darauf befindlichen verstärkenden Material in eine Gießform eingebracht, der Dorn nach dem Lösen vom Verstärkungsmaterial aus der Gießform entfernt, in die Gießform eine bestimmte Menge eines warmhärtbaren Kunstharzes eingegossen, die Gießform um ihre Achse gedreht und das ausgehärtete und fertig geformte Rohr aus der Gießform entnommen wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt (US-PS 85 442).

Beim bekannten Verfahren handelt es sich ürn die Herstellung von zylinderförmigen, verstärkten Kunstharzrohren. Sich verjüngende Kunstharzrohre können mit dem bekannten Schleudergießverfahrcn nicht hergestellt werden. Hierbei ergeben sich nämlich Schwierigkeiten dahingehend, daß während des Schleudergießens das erweichte Kunstharz in Richtung auf die Teile der Gießform sich zubewegt, welche den größeren Durchmesser aufweisen. Es besteht dann die Gefahr, daß das Verstärkungsmaterial in den Bereichen der Gießform mit geringeren Durchmessern vom eingebrachten Kunstharz nur unzureichend imprägniert wird und somit Rohre entstehen, welche ungleichmäßige Wandstärken aufweisen.

Aus der FR-OS 20 73 259 ist zwar ein Verfahren zur Herstellung eines sich verjüngenden, verstärkten Kunstharzrohres bekannt, bei dem in die sich drehende Gießform, welche eine horizontale Lage aufweist, eine Düse eingebracht wird, mit der das Kunstharz in die Gießform gespritzt wird. Bei der Drehung der Gießform besteht ebenfalls die Gefahr, daß das noch weiche Kunstharz in Richtung auf die Bereiche der Gießform mit größeren Durchmessern zuwandert. Bei einem zu rasch aushärtenden Kunstharz besteht die Gefahr, daß das Verstärkungsmaterial nur unzureichend imprägniert wird und Lufteinschlüsse im Verstärkungsmaterial zurückbleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines verstärkten, sich verjüngenden Kunstharzrohres zu zeigen, bei dem die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden und bei dem die Herstellung von sich verjüngenden Rohren mit gleichmäßiger Imprägnierung des Verstärkungsmaterials mit dem Kunstharz und mit gleichmäßiger Wandstärke möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter Verwendung eines kegelstumpfförmigen Domes und einer Gießform mit entsprechenden Innenabmessungen die Achse der Gießform nach dem Einbringen der Faserverstärkung aus der horizontalen Lage um einen bestimmten Winkel derart geschwenkt wird, daß das Ende der Gießform mit dem größeren Durchmesser höher liegt als das Ende mit dem kleineren Durchmesser und daß während der Drehung die Schräglage beibehalten wird.

Außerdem kann man bei der Herstellung eines gebogenen, sich verjüngenden Rohres in vorteilhafter Weise eine flexible Gießform verwenden und die flexible Gießform, noch bevor das warmhärtende Kunstharz ausgehärtet ist, biegen und dann nach dem Aushärten das gebogene Rohr der flexiblen Gießform entnehmen.

Ferne: kann man zum Anformen einer Grundplatte an das Rohr zweckmäßigerweise einen Grundrahmen am Ende des Domes, welches den größeren Durchmesser aufweist, befestigen.

Aus der US-PS 19 95 977 ist eine Schleudergießmaschine bekannt, deren Drehachse aus der horizontaler Lage schwenkbar ist. Jedoch wird die Gießform nui dann aus der horizontalen Lage in eine vertikale Lagt geschwenkt, wenn die Gießform gefüllt werden soll Während des Schleudergießens befindet sich die Dreh achse der Gießform jedoch in horizontaler Lage.

Demgegenüber werden bei der Erfindung die Nach teile, welche beim Schleudergießen mit horizontale Drehachse der Gießform auftreten, vermieden un< man erhält sich verjüngende, verstärkte Kunstharzroh re mit gleichmäßig durchimprägnierter Verstärkunj und gleichmäßiger Wandstärke.

An Hand der Zeichnungen soll an Ausführungsbei spielen die Erfindung näher erläutert werden. Es zeiget

Fig. IA bis IF schematisch einzelne Verfahrens schritte bei der Herstellung eines sich verjüngende Rohres aus verstärktem Kunstharz.

F i g. 2 eine Rotationsvorrichtung, welche zur Durch führung des Verfahrens Verwendung findet,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in de F i g. 2,

F 1 g. 4 bis 6 graphische Darstellungen der Abhängig keit der Anzahl von Umdrehungen und des Neigung: winkeis der Gießform sowie der Dicke des Kunsthan rohres,

F i g. 7 bis 10 schematisch die Verfahrensschritte b<

Jer Herstellung eines sich verjüngenden Kunstharzrohres, welches eine Grundplatte aufweist, und

F i g. 11 einen Teil des Herstellungsverfahrens eines gebogenen, verstärkten Kunstharzrohres.

Gemäß Fig.! wird bei der Herstellung eines sich verjüngenden, verstärkten Kunstharzrohies ein verstärkendes Material, beispielsweise Glasfaser, spiralenförmig in mehreren Lagen um einen kegelstumpfförmigen Dorn 1 gewickelt, so daß ein Kemkörper 3 aus verstärkendem Material mit vorbestimmter Gehalt entsteht (F i g. IA und IB). Der Dorn 1 mit dem darauf befindlichen Kernkörper 3 aus dem verstärkenden Material wird in eine Gießform 4 gebracht, welche eine bestimmte, sich verjüngende Gestalt aufweist (F i g. IC). Daraufhin wird nur der Dorn 1 aus der Gieß- is form herausgezogen, während der Kernkörper 3 in der Gießform 4 verbleibt (Fig. ID). Daraufhin wird die Gießform 4 mit dem darin befindlichen Kernkörper 3 aus verstärkendem Material <n einen Rotationskörper 5 gebracht und eine bestimmte Menge an warmhärten- ^ dem Kunstharz in flüssiger Form wird in die Gießform 4 eingeleitet (F i g. 1 E). Der Rotationskörper 5 wird um einen bestimmten Winkel aus seiner horizontalen Lage verschwenkt, wobei das Ende der Gießform 4, welches den kleineren Durchmesser hat, nach abwärts bewegt wird. Der Rotationskörper wird mit einer bestimmten Umdrehungszahl in Rotation versetzt (Fig. IF). Das ausgehärtete und fertige Kunstharzrohr wird dann aus der Gießform 4 herausgezogen. Dieser Schritt ist im einzelnen nicht dargestellt.

Zum Aufwickeln des verstärkenden Materials ans Glasfaser oder auch aus einem Gewebe um den Dorn 1 kann eine herkömmliche Aufwickelmaschine Verwendung finden. Der Dorn I wird, nachdem er vollständig mit dem verstärkenden Material umwickelt ist, von einer Seilzugvorrichtung kräftig in die Gießform 4 hineingezogen. Auf Grund dessen wird der Kernkörper, der aus dem verstärkenden Material besteht, in enge Berührung mit der inneren Oberfläche der Gießform 4 gebracht. Stifte, die nicht dargestellt sind und auf der Oberfläche des Domes 1 vorgesehen sind, um ein Verschieben der auf dem Dorn befindlichen Glasfaser zu verhindern, werden in das Innere des Domes zurückgezogen, und der Dorn 1 wird von der Seilzugvorrichtung aus der Gießform wieder herausgezogen. Der Kernkörper 3, der aus dem verstärkenden Material besteht, bleibt in der Gießform 4 zurück.

Die Gießform 4 kann als metallische, sich verjüngende Röhre ausgebildet sein. Da sie jedoch mit hoher Geschwindigkeit in Rotation versetzt wird, verwendet man bevorzugt ein leichtes Material mit möglichst hoher Festigkeit. Ein derartiges Material kann Aluminium, Duraluminium, verstärktes Kunstharz u. dgl. sein. Die Materialien, welche für das warmhärtende Kunstharz Verwendung finden können, sind ungesättigte Polyesterharze, Epoxyharze, Phenolformaldehydharze, MeIaminformaldehydharze und Polyamidharze. Die Festigkeit des sich verjüngenden Kunstharzrohres kann durch Zusätze von feinvermahlenen Zusatzstoffen im Kunstharz erhöht werden.

Die Rotationsvorrichtung (F i g. 2 und 3) dient zur Stützung eines langen Rotationskörpers mit einer leicht geneigten Lage bezüglich der Horizontalen und zur ausreichenden Drehung des Rotationskörpers. Es können hierzu auch herkömmliche Drehbänke oder ähnliehe Maschinen verwendet werden. Mit der Rotationsvorrichtung ist ein Steuermechanismus verbunden, der die Anzahl der Umdrehungen steuert und der in vertikaler Richtung den Aufnahmetisch für den Rotationskörper regelt.

Die F i g. 2 und 3 zeigen schematisch die Rotationsvorrichtung. Die Rotationsvorrichtung 40 enthält den langen röhrenförmigen Rotationskörper 5, der auf Rollen 42, 43, 44 drehbar gelagert ist. nie Rollen 42 sind auf einer Welle 46 befestigt, welche durch einen Motor 47 über ein geeignetes Triebwerk (nicht dargestellt) angetrieben wird. Die Welle 46 und der Motor 47 sind auf einer Bodenplatte 45, welche mit einer Abdeckung 48 versehen ist, befestigt. In der Abdeckung 48 befindet sich der Rotationskörper 5.

Die Bodenplatte 45 ist schwenkbar in einem Drehpunkt 49 eines Lagers 50a gelagert. Das rechte Ende der Bodenplatte 45 wird von einem Gestell 50Z> gestützt, so daß ein Seitwärtsschwingen verhindert ist. Weiterhin wird die Bodenplatte von einer Schraubenspindel 51 zur vertikalen Bewegung abgestützt. Das linke Ende der Bodenplatte 45 wird von einem Gestell 50c abgestützt, so daß ein Seitwärtsschwingen verhindert wird. Durch Drehen eines Betätigungsgriffes 52 an der Schraubenspindel 51 kann die Bodenplatte 45 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 49 geschwenkt werden.

Beim Betrieb der Rotationsvorrichturig 40 wird zunächst ein Ende einer jeden Gießform 4 und der Rotationskörper 5 (beispielsweise das Ende der Gießform 4, welches den geringeren Durchmesser hat) durch einen geeigneten, nicht dargestellten Verschluß abgedichtet. Der Betätigungsgriff 52 wird gedreht, so daß das andere Ende jeder Gießform 4 und der Rotationskörper 5 (beispielsweise das Ende der Gießform 4, welches den größeren Durchmesser aufweist) um einen bestimmten Winkelbetrag angehoben wird. Ein warmhärtendes Kunstharz wird in flüssiger Form am anderen Ende, welches anschließend durch eine geeignete, nicht dargestellte Abdeckung abgedichtet wird, eingefüllt. Anschließend wird der Motor 47 gestartet, und das nicht dargestellte Triebwerk und der Betätigungsgriff 52 sind so eingestellt, daß die gewünschte Drehzahl des Rotationskörpers 5 und der gewünschte Winkel Θ bezüglich der horizontalen Lage eingestellt sind.

Zum Einfüllen des Kunstharzes in die Gießform können verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen. Am einfachsten ist es, das Kunstharz direkt aus einem Gefäß in die Gießform einzufüllen. Nachdem das Kunstharz eingefüllt ist, wird der Rotationskörper, der die Gießform enthält, in vertikaler Richtung geschwungen, während er sich langsam zu drehen beginnt, um auf Grund der Beschleunigung das Kunstharz zu verteilen. Wenn das herzustellende Rohr verhältnismäßig kurz ist (2 bis 5 km), kann an das entfernte Ende des Rohres eine Spritzdüse angeordnet sv.'in, so daß das Kunstharz in die Gießform eingebracht wird, während sie bei langsamer Geschwindigkeit rotiert.

Es hat sich herausgestellt, daß bei der Rotation des Rotationskörpers 5 und der in horizontaler Richtung gehaltenen Mittelachse das Kunstharz innerhalb der Gießform im Rotationskörper 5 das Bestreben hat, ir Richtung auf das Ende mit dem größeren Durchmesset zu zu wandern. Dieses Bestreben wächst mit der Dreh zahl. Hieraus ergibt sich dann eine Röhre mit sich ver jungender Form, die in den Teilen, welche größere In nendurchmesser aufweisen, dicker ist und in den Teilen die dünnere Innendurchmesser aufweisen, dünner ist.

Um ein sich verjüngendes Rohr mit gleichmäßige Wandstärke herstellen zu können, wird die Mittelachsi des Rotationskörpers 5 um einen Winkel θ so geneigt

daß das Ende der Gießform mit dem größeren inneren Durchmesser höher liegt als das andere Ende. Der Neigungswinkel θ ergibt sich experimentell aus der Länge des Rohres, aus dem Winkel, mit dem das Rohr sich verjüngt, aus der Struktur des verstärkenden Materials, aus der Viskosität des Kunstharzes und aus der Drehzahl. Durch Versuche läßt sich eine geeignete Abhängigkeit ermitteln. Auf Grund von Versuchen hat sich ergeben, daß die Rohrlänge, der Winkel α, der der Verjüngung entspricht, und die Drehzahl η die Hauptparameter sind bei der Bestimmung des Neigungswinkels Θ. Die F i g. 4 bis 6 zeigen die Resultate der Versuche und geben die Beziehung an zwischen dem Verjüngungswinkel α, der Drehzahl n, dem Neigungswinkel Θ und der Rohrdicke t.

In der F i g. 4 wurden der Verjüngungswinkel λ und die Drehzahl η konstant gehalten. Mit wachsendem Neigungswinkel θ wächst die Rohrdicke am äußeren Ende des Rohres und nimmt die Rohrdicke am Fußende des Rohres ab. Der Schnittpunkt P der Kurven A und B zeigt, daß hier die Wandstärke des Rohres am äußeren Ende und am Fußende gleich sind. Das bedeutet, daß der dem Schnittpunkt P entsprechende Neigungswinkel θο der optimale Winkel zur Erzielung einer gleichmäßigen Wandstärke für das Rohr ist.

In der F i g. 5 wurden der Verjüngungwinkel κ und der Neigungswinkel θ konstant gehalten. Mit wachsender Drehzahl η wächst die Wandstärke des sich verjüngenden Rohres am Fußende, und die Wandstärke am äußeren Ende des sich verjüngenden Rohres nimmt ab. Hieraus kann geschlossen werden, daß eine optimale Drehzahl /» besteht, mit der eine gleiche Wandstärke am dickeren bzw. Fußende des sich verjüngenden Rohres und am äußeren bzw. am dünneren Ende des sich verjüngenden Rohres erzielbar ist.

Die F i g. 6 zeigt die Beziehung zwischen der optimalen Drehzahl no und dem optimalen Neigungswinkel θο zur Herstellung gleicher Wanddicken am Fußende und am äußeren Ende des sich verjüngenden Rohres bei konstantem Verjüngungswinkel <x. Die F i g. 6 zeigt außerdem» daß, wenn die Drehzahl anwächst, der Neigungswinkel ebenfalls vergrößert werden muß.

Es ist bekannt, daß die Zentrifugalkraft proportional zum Quadrat der Drehzahl und zum Radius der Drehbewegung anwächst. Dementsprechend wächst mit der Drehzahl die Zentrifugalkraft an, wobei das Kunstharz in ausreichendem Maße in das verstärkende Material 2 eindringt. Wenn jedoch die Drehahl abfällt, verringert sich auch die Zentrifugalkraft, wodurch das Eindringen des Kunstharzes in das verstärkende Material 2 sich verringert so daß Hohlräume darin sich ausbilden. Dieses Bestreben wächst zu dem Teil des Rohres mit geringerem Durchmesser hin an. Es hat sich auf Grund von Versuchen herausgestellt, daß eine Hohlraumbildung unterbleibt, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Teiles des Rohres, der den geringeren Durchmesser aufweist 350 m/min, oder mehr beträgt Die Wandstärke des sich verjüngenden Rohres kann durch die Lagen des verstärkenden Materials 2 oder durch den Neigungswinkel Θ, der Mittelachse des Rotationskörpers oder durch die Drehzahl des Rotationskörpers eingestellt werden. Wenn das sich verjüngende Rohr als Elektrizitätsmast als Lichtmast, als Trägermast für eine Anzeigetafel, als Mast für eine Jacht, als Flaggenmast oder als sonstiger Trägermast verwendet wird, wird das Fußende des sich verjüngenden Rohres aus dem verstärkten Kunstharzkörper auf einem Unterbau befestigt. Um die Befestigung des Rohres zu erleichtern.

kann eine Grundplatte, welche eine Einheit mit dem Rohr aus verstärktem Kunstharz bildet, angeformt sein.

Um nun ein Rohr aus einem verstärkten Kunstharz

mit einer Grundplatte herzustellen, ist ein Grundrahmen 6 für diese Grundplatte an dem Ende des Domes 1, das den größeren Durchmesser hat, vorgesehen (F i g. 7). Das verstärkende Material 2 wird um den Dorn 1 gewickelt, wie es in der F i g. 1 dargestellt ist und in Verbindung mit dieser Figur beschrieben ist. Der

ίο Dorn 1 wird dann in eine Gießform 8 eingebracht, welche ein erweitertes Ende 7 aufweist so daß der Teil, der die Grundplatte bildet, in diesem aufgenommen wird (F i g. 8). Es werden dann die schon oben beschriebenen Verfahrensschritte wiederholt.

■ 5 Der Grundrahmen 6 für die Grundplatte kann aus metallischem Material bestehen und kann, nachdem die Grundplatte angeformt ist, entfernt werden. Er kann auch aus Glasfasermaterial oder aus unabhängig geschäumtem Material, welches nach dem Formen der Grundplatte innerhalb des Rohres verbleibt, bestehen. Wenn eine Gießform, die beispielsweise eine Bodenplatte, wie es in der F i g. 9 dargestellt ist, aufweist, verwendet wird, kann der Grundrahmen 6 im Kernkörper 3 des verstärkenden Materials 2 belassen werden, wie es in der F i g. 10 dargestellt ist. Das verstärkende Material 2 wird so umgebogen, daß die Bodenfläche des Grundrahmens 6 eingeschlossen wird.

Bei der Verwendung des sich verjüngenden Rohres als Lichtmast oder als Tragmast für eine Anschlagtafel ist es häufig notwendig, daß der obere Teil des Rohres gebogen ist. Zur Herstellung eines derartigen Rohres wird eine flexible Gießform 12, wie sie in der F i g. 11 dargestellt ist, verwendet. Die flexible Gießform 12 ist aus einem flexiblen Material, beispielsweise Gummi, Kunstharz, Gummigewebe mit festen Metalldrähten 13, beispielsweise Klaviersaiten, welche eingebettet sind. Die flexible Gießform 12 hat die gleiche Funktion wie die Gießform 4, welche in Verbindung mit der F i g. 1 beschrieben wurde. Sie stellt somit einen geeigneten Stützkörper dar. da die flexible Gießform während des Einbringens und des Herausziehens des Domes 1 zuweilen sich abbiegt.

Wie es in Verbindung mit der F i g. 1F beschrieben ist, wird die flexible Gießform 12 in den Rotationskörper 5 eingebracht, und die Anordnung wird, bevor das flüssige Kunstharz in den Kernkörper vollständig und gleichförmig eingedrungen ist, in Drehbewegung versetzt. Bevor die Aushärtung beendet ist, wird die flexible Gießform 12 aus dem Rotationskörper 5 herausgenommen und zur geeigneten Verbiegung in einer Spannrahmen, der nicht dargestellt ist eingebracht Nachdem das Kunstharz ausgehärtet ist wird die flexible Gießform 12 aus dem Einspannrahmen entfernt und das ausgehärtete Kunstharzrohr wird aus der fle xiblen Gießform 12 entnommen. Auch das gebogen« Rohr kann mit einer Grundplatte, wie oben beschrie ben, versehen sein.

Mischt man eine Farbe mit einem größeren spezifi sehen Gewicht dem Kunstharz zu, so dringt auf Gram der Zentrifugalkräfte der Farbstoff durch das Rohr hin durch und gelangt zur Oberfläche desselben, wodurcl eine gleichmäßige Einfärbung der Oberfläche erziel wird. Wenn weiterhin die innere Oberfläche der Gieß form mit eingravierten Zeichen versehen ist wird de

^ft5 Kernkörper gemäß diesen eingravierten Zeichen vei formt und es entsteht ein mit diesen Zeichen versehe nes, verjüngendes Kunstharzrohr.

Hicr/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunstharzrohres durch Schleudergießen, bei dem ein verstärkendes Material in mehreren Lagen um einen Dorn gewickelt, der Dorn mit dem darauf befindlichen verstärkenden Material in eine Gießform eingebracht, der Dorn nach dem Lösen vom Verstärkungsmaterial aus der Gießform entfernt, in die Gießform eine bestimmte Menge eines warmhärtbaren Kunstharzes eingegossen, die Gießform um ihre Achse gedreht und das ausgehärtete und fertig geformte Rohr aus der Gießform entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines kegelstumpfförmigen Domes und einer Gießform mit entsprechenden Innenabmessungen die Achse der Gießform nach dem Einbringen der Faserverstärkung aus der horizontalen Lage um einen bestimmten Winkel derart geschwenkt wird, daß das Ende der Gießform mit dem größeren Durchmesser höher liegt als das Ende mit dem kleineren Durchmesser, und daß während der Drehung die Schräglage beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines gebogenen, sich verjüngenden Rohres eine flexible Gießform verwendet wird und die flexible Gießform, noch bevor das warmhärtende Kunstharz ausgehärtet ist, gebogen wird und dann nach dem Aushärten das gebogene Rohr der flexiblen Gießform entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anformen einer Grundplatte an das Rohr ein Grundrahmen an dem Ende des Domes, welches den größeren Durchmesser aufweist, befestigt wird.