DE2250706C2

DE2250706C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hohlen, rotationssymmetrischen, faserverstärkten Kunststofformkörpern

Info

Publication number: DE2250706C2
Application number: DE2250706A
Authority: DE
Inventors: William Brandt Palos Verdes Calif. Goldsworthy; Ethridge Eugene Pine Valley Calif. Hardesty
Original assignee: GOLDSWORTHY ENGINEERING Inc TORRANCE CALIF US
Current assignee: GOLDSWORTHY ENGINEERING Inc TORRANCE CALIF US
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-16
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE2250706A1

Description

zur Verfahrensdurchföhrung geeignete Vorrichtung zu entwickeln, daß die herzustellenden hohlen, rotationssymmetrischen Kunststofformkörper noch bessere mechanische Eigenschaften besitzen, als sie mit der bekannten Wickeltechnik erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei mindestens einer der Schichten die achsparallele Relatiwerschiebung von Schleuderform und Faserzuführung sich von der bei der Bildung der anderen Schichten stattfindenden Relatiwerschiebung unterscheidet Eine solche achsparallele Relatiwerschiebung von Schleuderform und Faserzuführung läßt sich, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dts Eirindungsvorschlages, dadurch herbeiführen, daß uie Belegung der Faserzuführung von einer axialen Schwu i* wegung relativ kleiner Amplitude und gr&Ser Frer .--ίζ überlagert wird.

Zur Durchführung des erfindungsgerraiH- Virfahrens dient eine Vorrichtung, bei der ei. — Schleuderform eine in das Forminnere hine -ragenae, axial hin- und herbewegliche Faserzuführung ."-^eordnet ist, mit der kontinuierlich Faserstränge auf der Forminnenwand ablegbar sind und bei der erfindungsgemäß die Faserzuführung mehrere parallele Faserzuführroh s aufweist, die an verschiedenen Stellen entlang der Faserzuführung enden, wobei die Faserzuführung mit einem Antrieb versehen ist, der über eine Steuervorrichtung an einen die Faserzuführung hin- und herbewegenden Mechanismus angeschlossen ist

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsvorschlages sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Herstellung von hohlen, rotationssymmetrischen, faserverstärkten Kunststofformkörpern,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

Fig.3 eine teilweise geschnittene Draufsicht der Vorrichtung längs der Linie 3-3 in F i g. 1,

Fig.4 eine senkrechte Teilschnittansicht der Linie 4-4 in Fig. 1, die einen Teil eines Schleuderformfördermechanismus zeigt,

F i g. 5 eine Stirnansicht des Mechanismus zi.r Einführung der Lanze in die Form,

Fig.6 eine senkrechte Teilschniuansichi längs der Linie 6-6 in F i g. 5,

F i g. 7 eine senkrechte Teilschnittansicht längs der Linie 7-7 in F i g. 5.

Fig.S bis 13 eine Reihe aufeinanderfolgender, schematischer Schnittansichten. die das Aufbringen von Fasersträngen auf eine Form zur Herstellung des Seitenwandmantels des rohrförmigen Kunststofformkörpers zeigen,

I-ig. 14 eine beitenansicm der Vorrichtung zur Herstellung der rohrförmigen Seitenwand eines faserverstärkten Lagerbehälters,

F i g. 15 bis 22 eine Reihe aufeinanderfolgender, schematischer Schnmansichten, die das Aufbringen von Fasersträngen auf eine Form zur Herstellung des Seitenwandmantels eines Behälters darstellen urid

Fig.23 eine schematische senkrechte Schnittansicht eines Fadenabgabesystems.

In F i g. 1 ist mit A eim» Vorrichtung bezeichnet, die zur Erzeugung von faserverstärkten, rohrförmigen Kunststorfformkörpern Γ dient. Die Vorrichtung wird hier in Verbindung mit der Herstellung eines rohrförmigen Kunststcfformkörpers T beschrieben, der einen kreisrunden Querschnitt hat und beispielsweise als Strömungsmittelleitung dient Sowohl die Vorrichtung

ί als auch das Verfahren sind jedoch in der Lage, rohrförmige Kunststofformkörper mit vielfältigsten Querschnittsformen zu erzeugen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, rohrförmige Körper mit einem annähernd rechteckigen oder anderem, nicht kreisrun-

ii) den Querschnitt herzustellen, so daß ein solcher Körper als Bauelement od. dgl. verwendet werden kann.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung weist eine Schleuderformtragkonstruktion 1 auf, die mit einem Grundrahmen 2 versehen ist, der gegenüberliegend angeordnete obere und untere Schleuderformtragrahmen 4, 3 besitzt Wie ersichtlich, ist die Tragkonstruktion 1 außei dem mit einem Paar aufrechter, senkrecht angeordneter Stützstangen 5 an jedem Querende versehen. Der obere Schleuderformtragrahmen 3 ist in

2« senkrechter Richtung in bezug auf den unterer. Schleuderformtragrahmen 4 in einer Weise verschiebbar, die F i g. 2 zeigt Desweiteren sind d'e Schleuderformtragrahmen 3, 4 mit einer inneren oberfläche versehen, die so bemessen ist daß sie eine passende Schleuderform 7 auf die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Weise aufnehmen kann.

Die Stützstangen 5 haben die Form von Schraubenspindeln und sind an ihren oberen und unteren Enden mit Getriebekästen 8 versehen. Des weiteren sind die in Querrichtung liegenden Stützstangen 5 durch Querträger 9 miteinander verbunden, die sich zwischen den Getriebekästen 8 erstrecken, um den oberen und unteren Schleuderformtragrahmen 3,4 mit der richtigen Kraft zu beiden Seiten des Rahmens anzuheben.

Außerdem wird von dem oberen Schleuderformtragrahmen 3 ein Elektromotor 10 getragen, der durch eine Antriebswelle 12 eine Antriebsrolle 11 antreibt. Die Antriebswelle 12 erstreckt sich durch den Schleuderformtragrahmen 3 hindurch, um mit der Schleuderform 7 in Berührung zu treten, wie dies in Fi g. 2 gezeigt ist. Die Rolle 11 steht mit dem Motor 10 oder irgendeinem geeigne in. herkömmlichen Antriebsmechanismus, der hier nicht gezeigt wird und sich im Gehäuse befindet in Verbindung.

Sowohl der obere als auch der untere Schleuderiormirägrahfnen 3, 4 sind mit gebogenen, nach innen gewandten Seitenwänden 13 ausgestattet, die eine ringförmige Gesamtoberfläche bilden, deren diametraler Durchmesser größer ist als der der Schleuderform 7,

so so daß sie die Schleuderform 7 aufnehmen können. Durch die Öffnungen 14. die in dem unteren Schleuderiorrntrag.-ahmeii 3 ausgebildet sind, rager, zwei Antriebsrollen 15 hindurch, die an nicht dargestellte Motoren angeschlossen s"<nd, welche dem Motor 10 entsprechen. Der Anschluß erfolgt hier über einen herkömmlichen, mechanischen Antrieb 17. Wenn also die Schleuderform 7 in der Hohlraum eingesetzt v/iru, der zwischen den Schleuderformtragrahmen 3, 4 gebildet wird, und diese Schleuderformtragrahmen 3, 4 senkrecht so verschöbe.« wfden, daß die gegenüberliegenden Längsränder miteinander in Berührung kommen, dann wird die Schleuderform 7 mit den Antriebsrollen 11 und 15 in festen Eingriff gebracht Beide Antriebsrollen 11 und 15 werden mit derselben Umfangsgeschwindigkeit angetrieben.

Die Schleuderform 7 besteht aus Stahl oder einem ähnlichen Baumaterial, ist mit einer glatten, hochglänzenden, inneren Oberfläche 19 versehen und hat offene,

querliegende Enden. Sie kann auch mit im Inneren angeordneten Heizelementen 21 ausgerüstet sein, die in herkömmlicher Weise an eine Energiequelle angeschlossen werden, um die Schleuderform während ihrer Drehbewegung um ihre Hauptachse zu erwärmen. Auch läßt sich ein nicht dargestellter Heizmantel rund um die äußere Oberfläche der Schleuderform 7 anordnen. Das Erwärmen der Schleuderform 7 führt zu einem schnelleren Verdampfen des in dem Formloslösemittel vorhandenen Lösungsmitlei und erzeugt eine geringere Viskosität in der Gelschicht und dem Kunstharz. Dazu kommt, daß die Einwirkung von Wärme die Aushärtungszeit erheblich verringert.

Am rechten Ende der Stützkonstruktion 3 ist. wie aus Fig. 1 ersichtlich, ein Fülltrichter 25 angeordnet, der Sand oder ein anderes teilchenförmiges Material enthält. Der Fülltrichter 25 wird auf einem rechteckigen, kastenähnlichen Stützrahmen 26 getragen.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. ist die Stützkonstruktion 1 so angeordnet, daß sie mit einem Paar Schienen 29 fluchtet. Auf dem linken Ende der Schiene 29 in bezug auf die Schleuderform 7 ist ein Heizschlitten 30 gelagert, der einen Einsatzerwärmer 31 trägt. Somit verschiebt sich auf einen von einem Steuerpult kommenden Befehl hin der Heizschliiten in Richtung auf die Schleuderform 7, und der Einsatzerwärmer 31 wird in die Schleuderform 7 hineingeschoben, und zwar längs deren Hauptachse, um die in der Schleuderform 7 ausgebildete faserverstärkte Kunstharzmasse zu erhärten bzw. auszuhärten.

Auf den Schienen 29 läßt sich auch ein verschiebbarer Lanzentragschlitten 32. der auf der rechten Seite der Schleuderform 7 angeordnet ist. verschieben (F i g. 1 bis 3). Dieser Lanzentragschlitten 32 trägt eine sich nach vorne erstreckende Lanze L Mit dem Schlitten ist eine ein Lieferwerk tragende Plattform 33 verbunden, die sich zusammen mit dem Schlitten bewegt Die Plattform 33 trägt eine Reihe Faserspulen 34. mit denen einzelne Faserstränge dem Schlitten 32 zuführbar sind.

Ein Teil des Schlittens 32. der die Bewegung der Lanze L und die Zufuhr der verschiedenen Materialien zu der Schleuderform 7 fortsetzt, ist in den F i g. 5,6 und 7 genauer dargestellt. Dieser Teil des Schlittens 32 weist ganz allgemein einen U-förmigen Grundrahmen 35 auf. Zwischen den den U-förmigen Grundrahmen 35 bildenden Flanschen befinden sich Achsen 36. die Rollen 37 iragen. welche den Schlitten 33 auf den Schienen 29 abstützen. Auf dem Grundrahmen 35 ist ein oberer Schlittenrahmen 38 mittels Rollenlager 39 verschiebbar angeordnet Der obere Schliitenrahrnen 38 wird bei seiner Verschiebung-bewegung in bezug auf den Grundrahmen 38 durch einen Hydraulikzylinder 41 angetrieben. Der obere Schlittenrahmen 38 trägt ein Lanzenstützgehäuse (Fig.5), das mit einem luftgetriebenen Faserzufuhrmechanismus 50 (F i g. 6) ausgestattet ist. Dieser weist eine Lanze L auf, die Faserzufuhrrohre 60 sowie Kunstharzzufuhrrohre 65 trägt.

Die Faserzufuhrrohre 60 enden in Zufuhrköpfen 64 (Fig.3) an verschiedenen Stellen längs der Lanze L· Das Harzlieferrohr 65 der Lanze L ist über seine ganze Länge mit sich in radialer Richtung erstreckenden KutiStharzspeiserohren 66 versehen. Im allgemeinen ist für jeden Faserzufuhrkopf 64 ein Harzspeiserohr 66 vorhanden. Die Glasfasern und das Kunstharz werden gewöhnlich gleichzeitig abgelagert. Es ist jedoch auch eine aufeinanderfolgende Ablagerung möglich. Wenn eine solche aufeinanderfolgende Betriebsweise angewendet wird, wird das Harz zuerst aufgesprüht.

woraufhin die Glasfasern aufgebracht werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Glasfasern zuerst aufgetragen werden und dann erst das Harz aufgesprüht wird.

Jedes synthetische Fasermaterial, das sich so biegen läßt, daß es einer gewünschten Form entspricht läßt · sich für das neuartige Verfahren verwenden, obgleich sich hier Glasfasern bzw. Glasfaden als besonders geeignet erwiesen haben. Es können also auch Borfäden, Graphitstränge, Fäden aus Lithium und anderen Einkristallen etc. verwendet werden. Jedes Material, das normalerweise verflüssigt ist oder das in einer bestimmten Verfahrensstufe eine Zeitlang verflüssigt oder erweicht werden kann, läßt sich als Harzbindemittel oder sog. »Matrix« verwenden. Einige Beispiele für geeignete Bindemittel oder eine Matrix, die sich bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren benutzen lassen, stellen verschiedenartige thermoplastische Harze dar, so beispielsweise Nylon, Polyäthylen, Polypropylen, viele Polycarbonate, etc. Dazu kommt daß wärmehärtende Harze, wie Polyester, viele Phenolharze und Epoxydharze etc. ebenfalls benutzt werden können.

Teilchenförmiges Material wird in die Harz-Glasfaser-Verbindung mit Hilfe eines getrennten Zufuhrrohres 67 eingeleitet, das in einer auf der Lanze L befindlichen Düse 63 endet. Die Düse 68 befindet sich ebenfalls in der Nähe der Oberfläche der Faserablagerung. Das teilchenförmige Material wird in das Zufuhrrohr 67 durch einen Aufnehmer 69 eingeleitet, der auf dem Schlitten 32 angeordnet ist, wie dies in den F i g. 1 und 6 dargestellt ist Des weiterer, befindet sich der Aufnehmer 69 dann, wenn der ganze Schütten 62 in die Lage verschoben ist. in der die Lanze L sich in der Schleuderform 7 befindet, an einer Austragsöffnung 70 des Fülltrichters 25, durch die Sand und/oder andere teilchenförmige Stoffe, die sich in dem Fülltrichter befinden, durch den Aufnehmer 69 in das Zufuhrrohr einlaufen.

Entlang jeder Längsseite der Stützkonstruktion 1 sind Rohrentfernungsstationen 75 mit Auslegern 77 angeordnet

jeder Ausleger 77 (F i g. 4) weist einen verschiebbaren Grundkörper 78 auf. der längs eines stationären Grundkörpers 79 mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 80 verschiebbar ist Auf dem Ausleger 77 befindet sich ein endloses Förderband 81. Das Förderband 81 trägt einen Schleuderformstützblock 84, mit dem die Gießform 7 in der in Fig.4 dargestellten Weise transportiert wird. Der ganze Ausleger 77 läßt sich mit Hilfe eines anderen ■ Hydraulikzylinders 86 um einen Drehzapfen 85 drehen. Somit ergibt sich, daß der Rahmen des Auslegers /7 in bezug auf den Schleuderformtragrahmen 3 eingestellt werden kann.

Die Ausleger 77 stehen mit der Schleuderform 7 über das Förderband 81 in Berührung und verschieben sie in die Auswurfstellung, wie sie in gestrichelten Linien in Fi g. 4 zu sehen ist Die Schleuderform 7 kann von dem oberen Schleuderformtragrahmen 3 des unteren Schleuderformrahmens 4 weggezogen werden, wenn die beiden Rahmen 3,4 sich in getrennter Lage befinden. Wenn dies geschieht, dann wird die Schleuderform 7 von der unteren Antriebsrolle 15 abgestützt Der ganze Grundkörper 78 wird in Richtung auf den Schleuderformtragrahmen 4 so verschoben, daß der Ausleger 77 sich zusammen mit dem Schleuderformanfnahmeblock 84 unter die Schleuderform 7 erstreckt Danach wird die Schleuderform mit dem Block 84 in Eingriff gebracht, und dieser von dem Schleuderformtragrahmen 4

weggeschoben. Daraufhin wird der Ausleger 77 um den Drehzapfen 85 abwärts in die Stellung gedreht, die wieder in Fig.4 sichtbar ist Nach dem Entfernen der Schleuderformen von dem Schleuderformtragrahmen 3,

4 sind die Schleuderformen unmittelbar vor der Rohrentferuungsstation 75 und fluchtend zu dieser Station ausgerichtet angeordnet. Der Beseitigungsstoß' Stangenmechanismus 90 weist ein Traggehäuse 91 auf. Das Gehäuse^ i enthält gegenläufige Arme, die mit dem Rand der Schleuderform 7 in Berührung treten, um sie an Ort und Stelle zu halten. Bei Betätigung des Antriebsmechanismus im Gehäuse 91 wird die Stoßstange 92 vorwärtsgeschoben, um dadurch eine vollständige Länge des rohrförmigen Körpers T zu erfassen und diese Länge aus der Form herauszudrücken. Diese Länge des rohrförmigen Körpers wird auf ein Lagergestell 93 ausgestoßen, das auf einem herkömmlichen Tragrahmen in der in Fig. 1 gezeigten Weise abgestützt ist.

Wie aus F i g. 1 ferner hervorgeht, sind für jede Schleudergußstation zwei Austragsstationen vorgesehen. Somit ist immer eine Schleuderform 7 in den Schleuderformtr2grahm^en 3, 4 zur Herstellung eines neuen rohrförmigen K' ,estofformkörpers angeordnet, während sich die andere Schleuderform 7 an einer der beiden Austragsstationen befindet, wo der fertiggeformte rohrförmige Kunststofformkörper Tausgestoßen wird.

Zu Beginn jedes neuen Produktionszyklus bei der Herstellung des faserverstärkten Kunststofformkörpers T wird db Schleuderform 7 vorgewärmt Auf dem vorderen Ende der Lanze L befindet sich ein Sprühkopf, der einen Film eines Lo^Jösemittels auf die Schleuderformoberfiäche aufsprüht Nachdem also eine Schleuderform 7 in die Schkuderformtragrabmen 3,4 eingesetzt worden ist wird der Schlitten 32 betätigt und auf den Schienen 29 vorwärtsgeschoben. Die Lanze L, die nach vorne aus dem Schlitten 32 herausragt wird in das offene Ende der Schleuderform 7 eingeführt Dann wird auf die ganze Formoberfläche ein Film eines Loslösemittels aufgetragen. Die Antriebsrollen 9 sind mittlerweise gedreht worden, um der Schleuderform 7 eine gewünschte Drehzahl zu erteilen.

Von dem Zeitpunkt an, wo die Lanze L am weitesten in die Schleuderform 7 eingedrungen ist werden von den Zufuhrdüsen Glasfaserstränge ausgestoßen und auf der inneren Oberfläche der rotierenden Schleuderform 7 abgelegt Gleichzeitig wird flüssiges Kunstharz auf die Formoberfläche aufgebracht um einen Benetzungszu-

5 ,and herbeizuführen, wenn die Glasfaserstränge zugefügt werden. Die Glasfaserstränge werden in einer Menge bzw. in einer Geschwindigkeit dosiert die im wesentlichen größer ist afs die Oberflächengeschwindigkeit der Schleuderform, um dadurch die Glasfaser oder ein anderes Fasermateriai in einer Wirbelbewegung in der Schleuderform aufzutragen. Auch die Lanze L wird in Längsrichtung mit einer Geschwindigkeit hin- und herbewegt die gleich einer Wandbreite pro Umdrehung der Schleuderform ist und zwar über eine ■ Entfernung, die gleich einem Längentei! der in einzelne Teile unterteilten Schleuderformlänge ist Wenn das flüssige Kunstharz kontinuierlich aufgetragen wird, werden außerdem Sand oder andere teilchenförmige Stoffe in das aus Harz und Glasfasern gebildete Gemisch eingeführt

Es besteht ferner die Möglichkeit den rohrförmigen Kunststofformkörper T dadurch herzustellen, daß anfänglich eine Schicht Umfangswindungen oder mehrere solche Umfärtgswindurtgsscbichten aufgebracht werden. Ih diesem Falle wird die* Schleuderform 7 im-wesentlichen mit einer Drehzahl gedreht, die an die Ablagerung der zugeführten Glasfaserstränge angepaßt ist, so daß die Stränge Seite an Seite auf der inneren Oberfläche der Schleuderform 7 zu liegen kommen, um dadurch einen Körper aus Umfangswindungen zu bilden. Auch könnten spiralförmige Windungen aufgebracht werden, falls dies verlangt wird. Danach wird der Glasfaserstrang in Form eines Wirbelmattenmusters aufgebracht, um eine zweite Schicht zu bilden. Daraufhin lassen sich die Stränge wieder auf das Wirbelmattenmuster aufbringen, um ein anderes Umfangsmuster zu erzeugen. In jedem Falle läßt sich

is beobachten, daß diese Stränge in ihrem ganzen Aufbau mit Harz imprägniert sind und teüchenförmiges Material enthalten können.

Durch die bestehende Möglichkeit der achsparallelen Relativverschiebung von Schleuderform 7 und Faserzuführung wird der schichtenförmige Aufbau der Wandung des herzustellenden Kunststofformkörpers so vorgenommen, daß sich bei mindestens einer der Schichten diese Relativbewegung von derjenigen, die bei der Bildung der anderen Schichten stattfindet, unterscheidet

In den Fig.8 bis 13 sind eine Reihe aufeinanderfolgender Ansichten, und zwar sowohl als Aufriß als auch als Draufsicht dargestellt die zeigen, wie die Stränge auf die Schleuderform: enfläche aufgebracht werden, um ein bestimmtes, rohrförmiges Gebilde herzustellen. In F i g. 8 wird auf die innere Oberfläche der Schleuderform eine dünne Gelschicht aufgetragen. Die F i g. 9 und 10 zeigen die Anbringung einer ersten Reihe oder der beiden ersten Reihen Umfangsstränge an der inneren Oberfläche der Schleuderform. Auf diese Reihe folgen mehrere Schichten einer verwirbelten Glasfasermattenablagerung, wie dies in den F i g. 11 und 12 zu sehen ist •Schließlich können auf die Wirbelmattenschichten zusätzliche, rund um den Umfang aufgetragene Stränge folgen, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist Es wird darauf hingewiesen, daß dies nur eine mögliche Art einer Wicklungsgeometrie ist die sich hier anwenden läßt und daß eine große Vielfalt von Wicklungsmustern und Gemischzusammensetzungen verwendet werden kann.

Nachdem alle Materialien auf die innere Oberfläche der Schleuderform 7 in den richtigen, vorher gewählten Mengen aufgebracht worden sind, werden die Stränge mit Hilft eines fallmesserarttgen Schneiders geschnitten, wobei die abgeschnittenen Strangenden auf die

ίό Innenoberfläche der Schleuderform 7 geblasen werden. Die Lanze L wird dann mit Hilfe des Schlittens 32 aus der Foiai zurückgezogen, wobei sie in bezug auf die Stützkonstruktion J rückwärts verschoben wird. Die Drehzahl der Schleuderform 7 wird erhöht um die Zentrifugalkraft z« erzeugen: und damit das Zusammenpacken der Materialien zu verstärken und jegliche Luft die in den Materialien eingeschlossen ist welche unter Zentrifugalkraftwirkung auf der inneren Oberfläche der Schleuderform 7 abgelegt worden sind, zu entfernen.

Die äußere Heizung kann verstärkt werden, um eine beschleunigte Gelbildung oder die vollständige Aushärtung zu forcieren.

Sobald der rohrförmige Kunststofformkörper T teilweise oder vollständig ausgehärtet ist bzw. sich verfestigt hat wird die rotierende Schleuderform angehalten. Die Schleuderfcrmtragrahmen 3, 4, die Heizschlangen enthalten, werden weggeschoben um die Schleuderform 7 ireizüegen. Die Ausleger 77 werden

nach innen geschoben, so daß sie mit der Schleuderform 7 in Berührung treten und sich seitlich in die Röhrenffernungsstätion hineinschieben.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Möglichkeit besteht, mit Hilfe des neuartigen Verfahrens und seiner zugehörigen Vorrichtung jedes beliebige geometrische Strangmuster zu erzeugen, das die genannten Stränge in einer Weise plaziert, die alle wesentlichen strukturellen Bedingungen erfüllt Es wird ferner darauf aufmerksam , gemacht, daß die Sandziischfagmischung durch das ■ Schleudergußverfahren in beliebiget' Geschwindigkeit und Menge, die erforderlich sind, um für den fertigen rohrförmigen Kunststofformkörper T optimale Belastbarkeit zu erreichen, eingeführt und angeordnet werden kann.

Ferner ist die Möglichkeit gegeben, vorgefertigte stirnseitige Verschlußkörper, z. B. Hauben, des herzustellenden Kunststofformkörpers zur Verbindung mit dem Formkörper gleichzeitig mit Fasersträngen zu belegen. Diese stirnseitigen Hauben sind im wesentlichen identisch aufgebaut

Bei der Herstellung von Behältern wird jede stirnseitige Haube zunächst in der kreisrunden Form vorgefertigt Die Form v/ird dabei um ihre Drehachse gedreht und die Drehzahl wird automatisch so gesteuert, daß sie zu dei Geschwindigkeit paßt, mit der die Glasfasern oder -fäden in der Form abgelegt werden, und zur selben Zeit wird auch das flüssige Kunstharz eingeleitet Die vorher geformten stirnseitigen Hauben werden an den Längsenden der Behälterform 220 befestigt und dort mit Hilfe äußerer Halterungsriegel festgehalten, wie in F i g. 14 gezeigt ist

Der ganze die Lanze 283 tragende Schlitten 263 wird dann nach links verschoben, so daß sich die Lanze durch die in der stirnseitigen Haube ausgebildete öffnung hindurch in die Form 220 hineinstreckt. Wenn die vorgefertigten, stirnseitigen Hauben an Ort und Stelle verriegelt sind und die Lanze 283 in ihrer vollen Länfce ins Innere der Behälterform eingeführt worden ist, wird die Form 220 mit einer verhältnismäßig geringen Drehzahl gedreht Die Drehzahl der Form 220 wird dann vergrößert, wobei alle Fadendüsen 286, 287 rund um den Umfang Fäden fcietchzeitig in Nuten der Formwand einlegen. Die Drehzahl der Form 220 ist hauptsächlich eine Funktion des Formradius. Die Umfangsstränge der Fäden werden annähernd Seite an Seite in der in den Fig. 15 und 16 gezeigten Weise abgelegt, bis eine einheitliche Oberdeckung der ganzen Breite der Nut ei reicht ist Während der Drehbewegung der Form 220 wird die Lanze 238 hin- und herbewegt. Diese Art des Fadenabiegens wird solange fortgesetzt bis in jeder Nut eine Anfangsschicht außerordentlich dichter Struktur in Form flacher Ringe vorhanden ist Danach wird die Drehzahl der Form 220 herabgesetzt. Und die Giasfaserfäden werden dazu gebracht sich in überlappenden, kontinuierlichen, flachen Spiralen abzulegen, bis die Nut in der in den Fi g. 17 und 18 gezeigten Weise vollständig gefüllt ist Diese zusätzliche Schicht bildet in der Nut einen Kern geringer Dichte, der mit der inneren, ringförmigen Oberfläche der Formwand bündig abschließt Die Drehzahl der Form 220 wird dann wieder auf ihren ursprünglichen Wert erhöht, um eine komplette und ununterbrochene Schicht aus rund um den Umfang führenden Wicklungen über der ganzen inneren Formwandoberfläche niederzulegen, wie dies in den Fig. 19 und 20 dargestellt ist Die Lanze 283 bewegt sich nun über eine größere Entfernung hin und ^er, so daß alle Teile der inneren Formwandoberfläche von

wenigstens einer Zufuhrdüse 287 überdeckt werden. Während des Nieaerlegens der kontinuierlichen Fäden kann auch ein leichter Sprühstrahl eines flüssigen, katalysierten Bindeharzes aufgetragen werden. Demzufolge werden Lufteinschlüsse zur inneren Oberfläche getrieben und laufend entfernt, je mehr Glasfasern und Kunstharz aufgetragen werden.

>\ Nach der Bildung des Oberflächenmantels aus .,,LJrnfangssträngen wird die Drehzahl der Form wieder ro._herabgesetzt und das Ablagern flacher Spiralen (Keime) ' wird wieder aufgenommen. Diese Kernablagerung findet über der ganzen inneren Oberfläche der Form statt sowie auch über den stirnseitigen Haubenflanschen. Diese Aufbringung, die in den Fig. 21 und 22 dargestellt ist, wird solange fortgesetzt bis die gewünschte Mantelwanddicke erreicht ist Alle Glasfaserstränge werden dann abgeschnitten. Die Drehzahl der Form 220 wird wieder wesentlich heraufgesetzt, und eime ausreichende Menge zusätzlichen flüssigen Kunstharzes wird auf der inneren Oberfläche aufgetragen, um einen sehr dünnen, ungebrochenen, glasfaserähnlichen Harzfluß auf der inneren Oberfläche zu erzeugen. Die stirnseitigen Haubenränder sind jetzt ein integraler, in einen Teil der ganzen Behälterkonstruktion übergehender Bestandteil mit einer harzangereicherten inneren Oberfläche, die nunmehr so verlängert ist daß sie sich mit derjenigen der vorgefertigten stirnseitigen Hauben verbindet Als Ergebnis erhält man also einen einheitlichen, einteiligen, rotationssymmetrischen, faserverstärkten Kunststofformkörper.

Das Fadenzufuhrsystem 50 ist in der F i g. 23 genauer dargestellt und weist einen Verteilerkopf 291 auf, der im Inneren durchbohrt ist so daß drei sich waagerecht ^streckende, senkrech: fluchfnde Strömungsmittelkanäle 292 entstehen. Jeder Strömungsmittelkanal 292 ist an seinem rechten Ende zur Bildung einer Luf'.kammer 293 diametral erweitert Eine Abschlußplatte 294 ist an dem Verteilerkopf 29! befestigt, um jede Luftkammer 293 zu umschließen.

Die Abschlußplatte 294 ist im Bereich jeder Luftkammer 293 geöffnet, um eine Fadenführung 295 aufzunehmen, die sich in die Luftkammer 293 iiineinerstreckt Jede Fadenführung 295 endet an ihrem linken Ende in einer Austragsöffnung 296, durch die die fadenförmigen Materialien hindurchlaufen. Die Austragsöffnung 296 liegt in einem Venturi-Hals 297, also in einer Zone, wo die Luftkammer 293 in den diametral reduzierten Kanal 292 übergeht und untrennbar mit ihm verbunden ist Aus Fig.23 geht hervor, daß die Fadenstränge in jede Fadenführang 295 eingeleitet und cliurch die Austragsöffnung 296 in die Kanäle 292 getragen werden.

An jeden Kanal 292 ist ein Abgaberohr 298 angeschlossen, das die Fadenstränge von den Fadenfühhingen 295 zu dem Bereich fördert, wo sie benötigt werden- Eine Lufteintrittsöffnung 299 steht mit jeder Kammer 293 in Verbindung, und die Kammern 293 empfangen Druckluft über ein nicht gezeigtes Luftlieferrohr, das an jede der Eintrittsöffnungen 299 angeschlossen ist

Ein Paar Dosierrollen 302 und 303 (F i g. 23) ist am Eintritt jeder Fadenführung 295 angeordnet und dient dazu, die Glasfaserstränge Z jeder Führung 295 xuzudosieren. Die Dosierrollen 302 und 303 nehmen die •jlasfaserstränge von einer lieferwerktragenden Plattform oder einer anderen Lieferquelle auf, beispielsweise der Plattform 33, und fördern sie zu den Führungen 295, und zwar in einer bestimmten zeitlichen Beziehung zu

dem vorhandenen Bedarf an Glasfasersträngen Z. Die Dosierrollen 1Ü2 und 303 werden so gesteuert, daß sie mit einer Geschwindigkeit oder Drehzahl arbeiten, die proportional dem Bedarf an Strängen Z ist und zwar in einer Weise, die in; folgenden genauer erläutert werden soll.

Das Fadenzufuhrsystem weist außerdem eine Tragplatte 306 auf, auf der der Verteilerkopf 291 starr befestigt ist und die in Längsrichtung mit 'Hilfe eines !herkömmlichen Hin- und Herbewegungsmechanismus iJÜ7 translatorisch verschiebbar ist'Dieser Mechanismus 307 wird von einem Antrieb 308 in Form eines Wechselstrommotors angetrieben.

Um die Zufuhrsteuerung für db Stränge Z zu erläutern, ist in Fig.29 in gestrichelten Linien eine zylindrische Form M dargestellt Die Form entspricht im wesentlichen der Form 7 oder der Form 220 und wird um ihre zentrale Längsachse mit Hilfe eines herkömmlichen Elektromotors 309 und herkömmlichen Getriebemechanismus 310 in Drehung versetzt Wenn dsr Motor

309 eingeschaltet wird, dreht der Antriebsmechanismus

310 die Form M um ihre zentrale Längsachse mit einer gewünschten Drehzahl. Die verschiedenen Fadenaustragsrohre erstrecken sich durch das offene Längsende der Form und ins Innere der Form hinein, und wenn die Form rotiert, dann werden die Fadenstränge Z auf der inneren Formoberfläche abgelagert

Bei der Herstellung der rohrförmigen Kunststof formkörper ist es wichtig, die Fadenstränge mit einer Geschwindigkeit in die Form hineinzuführen und dort abzugeben, die genau auf die Umfangsgeschwindigkeit der Form abgestellt ist Mit anderen Worten, die geradlinige Geschwindigkeit in Metern pro Minute muß exakt genau der'Drehgeschwindigkeit der Formoberfläche in Metern pro Minute entsprechen. Zusätzlich zu der genauen Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit des Strangs in bezug auf die Formdrehzahl ist es ziemlich •wichtig, die tatsächliche Veränderung des Formdurchmessers bei der Zufuhrgeschwindigkeit des Strangmaterials zu kompensieren. Nachdem eine ausreichende Anzahl Stränge auf der inneren Formoberfläche abgelegt worden sind, hat sich der tatsächliche 'Durchmesser der die Stränge aufnehmenden Formoberfläche verkleinert. Dementsprechend muß die Zufuhrgeschwindigkeit des Strangs reduziert werden.

Demzufolge sind die Dosierrollen 302, 303 für jede •Fadenführung 295 an einen Elektromotor 316 angeschlossen, der durch eine Steuervorrichaing317 betätigt wird, wobei letztere mit dem Motor 316 und dem Motor 308 sowie dem Getriebemotor 309 in Verbindung steht. Dieser konstruktive Aufbau ermöglicht eine Rotation der Dosierrollen 302 und 303 in einem proportionalen Verhältnis zum Faserstrangbedarf in der Form M. Die posierrollen 302 und 303 stellen im wesentlichen den Mechanismus dar, mit dem die Faserstränge Z mit gesteuerter Geschwindigkeit bewegt werden, während die durch die Venturi-Hälse 297 eingeleitete Luft ein Transportmittel für die Stränge Zbildet

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von hohlen, rotationssymmetrischen, faserverstärkten Kunststoffformkörpern. bei dem mittels einer Faserzuführung kontinuierlich Faserstränge dem Inneren einer um ihre Längsachse rotierenden Schleuderform zugeführt und in mehreren Schichten auf der Forminnenwand abgelegt werden, indem die Faserzuführung und die Schleuderform achsparallel gegeneinander verschoben werden, wonach Kunstharz in die Schleuderform eingebracht und nach Durchtränkung der Faserverstärkung ausgehärtet wird, d a durch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer der Schichten die achsparallele Relativverschiebung von Schleuderform und Faserzuführung sich von der bei der Bildung der anderen Schichten stattfindenden Relativverschiebung unterscheidet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich von den anderen achsparallelen Relativverscni?bungen von Schleuderform und Faserzuführung unterscheidende Relatiwerschiebung durchgeführt wird, indem die Bewegung der Faserzuführung von einer axialen Schwingbewegung relativ kleiner Amplitude und großer Frequenz überlagert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Faserstränge vo·" oder während ihrer Ablagerung auf der Schleuderforminnenwand ein neutraies, leiichenförmiges Material aufgetragen wi ■>_

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf Hie Faserstränge vor oder während ihrer Ablagerung auf der Schleuderforminnenwand ein har^aniges Material aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstränge der einzelnen Schichten unter Bildung einer fortlaufenden Wendel Seite an Seite nebeneinander abgelegt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß vorgefertigte, stirnseitige Verschlußkörper des herzustellenden rotationssymmetrischen Formkörpers zur Verbindung mit dem Formkörper gleichzeitig mit den Fasersträngen belegt werden.

7. Verfahren nach einem de^r Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, dall die Faserstränge in einem Luftstrom transportiert werden, der aus der Faserzuführung in die Sehieuderform ausgeblasen wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2. bei der einer Schleuderform eine in das Forminnere hineinragende, axial hin- und herbeweglicne Faserzuführung zugeordnet ist, mit der kontinuierlich Faserstränge auf der Forminnenwand ablegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserzuführung (L. 135) mehrere parallele Fadenzuführrohre (60, 169) aufweist, die an verschiedenen Stellen entlang der Faserzuführung enden, und daß die Faserzuführung mit einem Antrieb (308) versehen ist, der über einer Steuervorrichtung(317) an einen die Faserzuführung hin- und herbewegenden Mechanismus (307) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hohlen, rotationssymmetrischen, faserverstärkten Kunststofformkörpern, bei dem mittels einer Faserzuführung kontinuierlich Faserstränge dem Inneren einer um ihre Längsachse rotierenden Schleuderform zugeführt und in mehreren Schichten auf der Forminnenwand abgelegt werden, indem die Faserzuführung und die Schleuderform achsparallel gegeneinander verschoben werdeu. woro nach Kunstharz in die Schleuderform eingebracht u.d nach Durchtränkung der Faserverstärkung ausgehärtet wird.

Aufgrund der hohen Festigkeit von Glasfaserschäden und ähnlichen Fasermaterialien sind rotationssymmetriscr % faserverstärkte Kunststofformkörper in der Lage, erhebliche Innendruckbelastungen auszuhalten. In vielen Anwendungsfällen, insbesondere bei Rohren mit großen Durchmessern, bestimmt sich die Wanddicke durch die äußeren Drücke und durch ungleichförmige Belastungen, die infolge von Bndenkräften und -gewichten erzeugt werden, weniger jedoch durch die Innendrücke. Deshalb müssen die Rohre eine Wanddikke aufweisen, die wesentlich größer ist als erforderlich, um den normalerweise auftretenden Innendrücken standzuhalten, wodurch wiederum die Gesamtkobten des Endproduktes erheblich ansteigen. Um dieses Problem zu beseitigen, sind bereits gewisse Versuche unternommen worden, if. das verstärkte Baumaterial kleine, indifferente oder neutrale Materialteilchen, wie Sand, sandähnliche, kugelförmige Teilchen oder dergleichen, einzubauen. Eine derartige Materialstruktur besteht im allgemeinen aus einer dünnen Glasfaserschicht und einer Harzmatrixschicht als erste Schicht, die von einer dicken Kernma'erialmasse eines indiffe-J5 renten Stoffes umgeben wird, welche in der Lage ist, Druckbeanspruchungen standzuhalten. Wenn derartige rohrförmige Gebilde jedoch äußeren Belastungen ausgesetzt werden, wirken der Qiierschnittsverformung Scherkräfte an den Grenzflächen zwischen dem Kernmatc jI und dem verstärkten Harz latrixmaterial entgegen, und solche rohrförmigen Gebilde werden dann in der Verbindungszone zwischen den genannten beiden Materialien zerstört

Es ist nun ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 12 ! 5 5GO), bei dem Giasseidenfasern in Form von endlosen Strängen durch eine Verteilervorrichtung ins Innere der Schleuderform gefördert werden, indem sie aus dem vorderen Ende der Verteilervorrichtung austreten und an die Wandung der Form geschleudert werden. Dabei bewegt sich die VsrtsüsrvornchtüRg über die Formoberfläche axial hinweg, wobei sie /wischen den Enden der Schleuderform entsprechend einer eingestellten Hubzahl hin- und herpendelt, wodurch ein sogenanntes wabenförmiges Glasseidengerüst entsteht.

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symmetrischen, faserverstärkten Formkörper weisen jedoch eine für ν ic. Anwendungs/wecke nicht ausreichende Festigkeit auf.

Einen Hinweis auf eine Möglichkeit zur Beseitigung dieses Nachteils wird aber auch durch ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von armierten Kunststoffrohren nicht gegeben (DE-OS 17 04 500), da dieses Verfahren keine Maßnahmen /ur Verstärkung des Wandaufbaues der herzustellenden Formkörper beinhaltet.

Die Aufgabe der Erfindung besteh*, deshalb darin, das Verfahren der genannten Art so zu verbessern und eine