DE2316860A1

DE2316860A1 - Verfahren zum herstellen von dreidimensional verstaerkten isolationsbloecken

Info

Publication number: DE2316860A1
Application number: DE2316860A
Authority: DE
Inventors: Carl Robert Lemons
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1972-04-03
Filing date: 1973-04-02
Publication date: 1973-10-11
Also published as: GB1391733A; JPS5135428B2; FR2179049B3; US3778492A; DE2316860C3; CA994974A; IT982946B; FR2179049A1; DE2316860B2; JPS4916762A; SE399839B

Description

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MCDONNELL Douglas Corporation, Santa Monica/California (V.St.A.)

Verfahren zum Herstellen von dreidimensional verstärkten Isolationsblocken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dreidimensional verstärkten Isolationsblocken.

Solche verstärkten Isolationsblöcke sind an sich bekannt und weisen einen ähnlichen Aufbau auf wie die Isolationsblöcke nach der Erfindung, werden jedoch nach einem anderen Verfahren angefertigt. Nach bekannten Verfahren werden bei der Herstellung eine Anzahl von lähmen mit einem eindimensionalen Muster von Fäden oder Strängen verwendet, wobei die Fäden oder Stränge an benachbarten Rahmen senkrecht zu einander verlaufen, wonach durch den Stapel von Hahmen Fäden oder Drähte senkrecht hindurchgeführt werden, so dass ein Netzwerk erzeugt wird, in dem die Fäden oder Drähte in drei zu einander senkrechten Richtungen verlaufen. Das resultierende dreidimensionale Netzwerk wird hiernach in ein Matrixmaterialbad beispielsweise aus Polyurethan vor dem Schäumen eingetaucht, wonach das Material ausgehärtet oder auf andere

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Weise verfestigt wird« Each dem Aushärten des Matrixmaterials wird ein Block erhalten, der durch ein dreidimensionales Gitterwerk aus Fasern oder Fäden verstärkt ist· Ein solcher Block kann zu Platten zerschnitten oder in der gewünschten Weise ausgestaltet werden·

Das Hindurchführen der hiernach als Z-Fäden zum Kennzeichnen deren Orientierungsrichtung bezeichneten Fäden durch den Rahmenstapel wurde mittels nadeln durchgeführt, welches Verfahren für die Massenproduktion nicht sonderlich geeignet war· Die Rahmen Stäbe und Formen konnten wieder verwendet werden und mussten vor dem Herstellen eines Jeden neuen Blockes gereinigt und wieder zusammengesetzt werden. Eine Webmaschine zum Einführen der Z_Fäden in die X-T-Anordnung arbeitete langsam und könnte nur mit großen Schwierigkeiten für die hochgeschwinde Produktion in großen Stückzahlen eingerichtet werden, während andererseits der Arbeits-Stundenlohn pro 3-D-Schaumblock nicht so weit herabgesetzt werden kann, dass das Produkt wettbewerbsfähig wäre mit anderen kryogenischen Isoliermitteln.

Die Erfindung erfüllt die Forderung nach einem billigen Verfahren zum Herstellen eines fadenverstärkten Isoliermittels für gewerbliche Zwecke, beispielsweise für verflüssigtes Methan befördernde Tankschiffe und für Speicherbehälter.

Die Erfindung sieht ein neues und besseres Verfahren zum Erzeugen von dreidimensional verstärkten und aus Schaumstoff bestehenden Isolationsblöcken vor, welches Verfahren für die hochgeschwinde Massenfertigung geeignet ist» Bei der Anwendung dieses Verfahrens werden Rahmen aus Pappe, Kunststoffen oder aus anderen nur einmal zu gebrauchenden Werkstoffen verwandet und mit einer Säge oder einem Schneidwerkzeug nach dem Schäumen des Isoliermaterials entfernt, so dass diese Rahmen für einen nochmaligen" Gebrauch nicht gereinigt zu werden brauchen. Wenn gewünscht_s kann dieses Abfallmaterial wieder aufbereitet und wieder verwendet werden; jedoch werden die Kosten für dieses Material mehr als aufgewogen durch die Einsparungen an menschlicher Arbeitskraft und -zeit. Die X- und Y-Rahmen werden hergestellt durch Einlegen zwischen Schichten aus zusammenhängenden F&seriL auf

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einer Förderbandanordmmg und durch Befestigen an der Gebrauchsstelle mittels eines Klebstoffes. Die Z-Fasern oder -fäden werden mit einem versteifenden Harz beschichtet und in die X-Y-Anordnung mit Hilfe eines rohrförmigen Führungsrahmens eingeführt. Die die X-, Y- und Z-Fasern oder-fäden enthalten Rahmen stellen später die Form zur Aufnahme des Matrixschaumstoffes dar, mit dem die Fäden zu einem massiven dreidimensionalen Isolierblock mit einander verbunden werden.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben· In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte bei der Herstellung der X-Y-Rahmen,

Fig»2 ein senkrechter Schnitt durch zwei zusammengestapelter X-Y-Rahmen,

Fig.3 eine schaubildliche Darstellung der zum Schäumen des Isoliermaterials fertig zusammengesetzten X-, Y- und Z-Rahmen,

Fig#4- eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte bei der Herstellung der Anordnung aus den versteiften Z.»Fäden,

Fig.5 eine schematische Darstellung der Ausrichtung der Z-Fäden und deren Einführen in die X-Y-Anordnung und die

Fig·6 (a-h) eine schematische Darstellung der einzelnen Arbeitsvorgänge vom Einführen der Z-Fäden aus bis zum Befreien des fertigen Isolierblockes mit dreidimensionaler Verstärkung von den zu beseitigenden Rahmen.

Die Fig.1 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung der X-Y-Rahmen. Hiernach wird von einer Vorratsrolle Wellpappe 10 abgezogen und mittels einer Stanze 12 quadratische Felder ausgestanzt, so dass ein Rahmen zurückbleibt. Zu dieser Zeit werden die einzelnen Rahmen von einander nicht getrennt und in Form eines zusammenhängenden Streifens weiterbefördert· An der nächsten Bearbeitungsstation durchwandern die oberen und unteren Streifen 14·, 16 der Rahmen obere und untere Klebstoff walzen 18, 20, bevor die Rahmen die Fasern oder Fäden aufnehmen.

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In der nächsten Bearbeitungsstation werden von einer Anordnung mit ungefähr 217 Spulen pro Meter Breite in einer oberen Heile faserstränge unter einer Walze 24 und einer Andruckwalze 26 hindurchgeführt· Aus einer weiteren Anordnung mit ungefähr der gleichen Anzahl von Spulen 28 werden Faserstränge über eine Walze 30 und einer Andruckwalze 28 hinweggeführt· Diese Faserstränge werden gegen die Ober- und Unterseite der Pappstreifen 16, 18 gepresst. Die Walze 30 und das Förderband 32 halten die Rahmen in Bewegung, bis die Fäden und die Rahmen von einer Schneidvorrichtung 34 zerschnitten werden. Die Rahmen werden dann so zusammengestapelt, dass deren Fäden abwechselnd in der X-Richtung und der Y-Eichtung verlaufen wie bei den Rahmen 40, dessen Fäden 42 über der öffnung 44 hinweg in der einen Richtung verlaufen, und wie bei dem Rahmen 46, dessen Fäden über der Öffnung 50 rechtwinklig zu den Fäden 42 des Rahmens 40 verlaufen. Die X- und Y-Rahmen sind einander gleich mit der Ausnahme, dass sie um 90° gegen einander gedreht sind.

Die Fig·2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen X-Rahmen 40 und einen Y-Rahmen 46. In diesem Falle verlaufen bei dem X-Rahmen 40 die oberen und unteren Fäden 42 quer über dem unteren Querstreifen 52 und dem oberen Querstreifen 54 , während bei einer Drehung um 90° bei dem Y-Rahmen 46 die oberen und unteren Fäden 48 an den Seiten über der öffnung 50 verlaufen.

Die Fig*3 zeigt einen Stapel aus solchen X- und Y-Rahmen 40 und 46. Die Fäden sind in gleichen Abständen in einer Anzahl von ungefähr 217 oberen Fäden und ungefähr 217 Fäden pro Meter Breit· über der öffnung des Rahmens verteilt. Wie ferner aus der Fig·3 zu ersehen ist, erstreckt sich der Z-Rahmen mit den Z.Fäden nach unten in die X-Y-Matrix hinein, und die Herstellung dieser Anordnung wird unter Hinweis auf die Fig.4 beschrieben.

Die Einordnung der Z-Fäden in die zusammengestapelten X-Y-Rahmen ist weitaus schwieriger als die Herstellung der X-Y-Rahmen. Die Z-Fäden sollen in die quadratischen Löcher eingeführt werden, die von den X- und Y-Rahmen gebildet werden, wobei die Entfernung der Fäden von Mitte zu Mitte ungefähr 4,75 mm betragen soll. Nach, einem Verfahren werden die Fäden eines

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X-Rahmens oder eines Y-Rahmens in ein Epoxidharz eingetaucht und zum Aushärten gebracht, um die Fäden zu versteifen. Der Rahmen wird dann zur Hälfte durchgeschnitten, und die steifen fäden werden dann immer noch von einer Kante des Rahmens in der Gebrauchs lage gehalten. Bei dem in der Fig«4 dargestellten anderen Verfahren werden die Fäden 56 kontinuierlich durch ein Harzband hindurchgeführtund vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 15O⁰G ungefähr eine Minute lang in einem Ofen 60 ausgehärtet· Danach werden von Walzen 64 gegen die Fäden in Abständen seitliche Streifen 62 gepresst, wonach die Fäden mit der Schneidklinge 66 abgeschnitten werden· Das Ergebnis besteht aus steifen Fäden 68, die an dem einen Ende durch einen seitlichen Streifen 70 mit einander verbunden sind. Diese werden dann zu einer Anordnung zusammengestapelt und können in die X-Y-Matrix eingeführt werden·

Das Einführen der Z-Fäden in die Matrix kann vorzugsweise mit Hilfe einer in der Fig· 5 dargestellten Röhrenanordnungsbasis 72 durchgeführt werden, die eine Vielzahl von auf Abstand stehenden Röhren 74 versehen ist, die sich von der Basis aus nach oben durch die quadratischen öffnungen zwischen den X~ und X-Fäden hindurch erstrecken, ffach der Darstellung weist ein X-Ha ha en 76 Fäden 78 auf, die in einer Sichtung verlaufen, während die Fäden eines Y-Rahmens 78 in einer anderen Richtung verlaufen· Ein Z-Rahaen 80 mit einer Anzahl von Z-Streifen 70, deren-Z-Fäden 68 nach unten verlaufen, wird entsprechend angeordnet, wobei die Z-Fäden mit Hilfe von Kämmen 82 und 84, die an den Fäden 68 von oben nach unten entlanggeführt werden, so ausgerichtet werden, dass die ^Fadenenden 86 sich über den Höhren 74 befinden, in die die Fäden dann eingeführt werden· Nachdem der Z-Eahmen 80 nach unten bewegt und die Z„Fäden 68 in die Bohren 74 eingeführt worden sind, wird die Röhrenbasis 72 zurückgezogen, wonach die Z-Fäden in der X-Y-Matrix in senkrechter Lage zurückbleiben« Dies ist in der Fig.3 dargestellt, die die Z-Streifen 70 immer noch an der Gebrauchssteile zeigt· Entsprechende Festkleauaittel gleich den waagerechten Gliedern 88, die an senkrechten Gliedern 90 befestigt sind, halten die X-, Y- und Z-Rahmen für die Schäumung des Isolierstoffes zusammen.

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Die Fig.6 zeigt den Ablauf der Arbeitsvorgänge von der Einführung der Z-Fäden in die X-Y-Matrix bis zum Entfernen der X-Y-Rahmen. Die Pig. 6a zeigt die X-Y-Matrix 90 und die unter dieser befindliche Röhrenanordnungsbasis 92 kurz vor dem Einführen der Höhren 94· nach oben in die X-Y-Matrix. Oberhalb dieser befindet sich die Z-Fädenanordnung 96. Die Fig.6b zeigt die Röhrenanordnungsbasis 92 nach deren Bewegung nach oben, während die Z-Fadenanordnung in ihrer Lage über der X-Y-Matrix verbleibt· Nach der Fig,6c wurde nunmehr die Z-Fadenanordnung 90 abgesenkt, so dass deren Fäden durch die Höhren des Basisteiles hindurchgeführt worden sind« Die Fig«6d zeigt die gesamte Anordnung nach dem Entfernen der Röhrenanordnungsbasis, während die Fig.6e die Befestigungsmittel zeigt, die die gesamte Anordnung zusammenhalten, so dass diese als eine Form dienen kann. In der Fig.6f ist das Einfüllen eines Kunststoffschaumgemisehes 100 in eine geeignete Wanne 102 dargestellt, auf die nach der Fig*6g die zusammengesetzte Form aufgesetzt wird, so dass die Form beim Schäumen des Materials nach oben von diesem gefüllt und die X-, Y- und Z-Fäden eingehüllt werden·' Da die Z-Fäden nur am oberen Teil aufgehängt sind, so wird das Aufschäumen des Materials von unten her nicht behindert. Es kann daher ein Schaumstoff block mit einer geringeren Dichte erzeugt werden, so dass die Materialkosten abgesenkt und die Isolationsgüte verbessert werden können. In der Fig.6h sind Linien 104, 106, 108 und 110 dargestellt, die senkrechte Ebenen bestimmen, an denen ein Schneidwerkzeug entlanggeführt wird, um den fertigen verstärkten Isolationsblock von den Fadenhalterahmen und von der nicht mehr benötigten Form zu befreien.

An der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen von verstärkten Isolationsblöcken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl toil X-Y-Rahmen hergestellt wird, wobei an den X-Rahmen in gleichen Abständen und im wesentlichen parallel verlaufende Fäden befestigt sind, die in einer X-Bichtung verlaufen, während an den Y-Rahmen in gleichen Abständen und im wesentlichen parallel in einer Y-Richtung verlaufende Fäden befestigt sind, welche X- und Y-Bichtungen sich im wesentlichen senkrecht zu einander erstrecken, dass die X- und Y-Eahmen so zusammengestapelt werden, dass ein Teil der Fäden senkrecht zu einem anderen Teil der Fäden verläuft, wobei ein Stapel von X-Y-Fadengittem gebildet wird, dass in die Öffnungen der Gitter eine Vielzahl von in einer zu den Ebenen der X- und Y-Eahmen senkrechten Richtung Z verlaufenden Fäden eingeführt wird, dass die Fadenanordnung in ein. schäumbares und-verfestigungsfähiges Isolationsmaterial eingetaucht und zum Aushärten gebracht wird, und dass die genannten Rahmen von den in das Schaummaterial eingebetteten Fäden entfernt werden·

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Z-Richtung einzuführenden Fäden versteift werden, um deren Einführen durch die Gitter hindurch zu ermöglichen, und um ferner zu bewirken, dass diese Fäden während des Schäumens des Isoliermaterials ihre Lage beibehalten.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die genannten Gitter Röhren hindurchgeführt werden, die Pfade für die in der Z-Richtung einzusetzenden Fäden bilden.

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4« Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass
die genannten Höhren entfernt werden, nachdem die Z-Fäden
durch die Gitter hindurchgeführt worden sind·

5· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Z-Eäden Kämme hindurchgeführt werden, um die Z-Fäden zum Einsetzen in die genannten Höhren auszurichten.

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