DE2318397B2

DE2318397B2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von verstaerkten kunststoffrohren

Info

Publication number: DE2318397B2
Application number: DE19732318397
Authority: DE
Inventors: Toshiho Osaka; Nishino Yoshinori Sen-nan; Gotp (Japan)
Original assignee: Hitachi Shipbuilding & Engineering Co, Ltd, Osaka (Japan)
Priority date: 1972-04-15
Filing date: 1973-04-12
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2318397A1; IT976997B; US3900355A; DE2318397C3; FR2180675B1; FR2180675A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines verstärkten Kunststoffrohres, bei welchem ein vorgefertigter Wickel eines strang- oder bahnartigen Verstärkungsmaterials koaxial in eine zylindrische Innenfläche eingebracht, diese verdreht, das Verstärkungsmaterial gegen die rotierende Innenfläche angelegt, flüssiger Kunststoff eingeführt und dieser während des Verdrehens mit dem Verstärkungsmaterial zu einem verstärkten Kunststoffrohr verfestigt wird sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.

Bei der aus der FR-PS 20 40 784 bekannten Arbeitsweise dieser Art wird in einen Hohlzylinder ein auf einen unverdrehbaren Kern aufgewickeltes Verstärkungsmaterial eingeführt, daß sich beim Verdrehen des Hohlzylinders vom Wickel abhebt und sich mit der vom Wickel abgewendeten Fläche gegen die Innenfläche des Hohlzylinders anlegt. Dabei wird das Verstärkungsmaterial durch die in Abwicklungsrichtung erfolgende Verdrehung des Hohlzylinders beim Anlegen an dessen Innenfläche durch die Eigensteifigkeit einer stauchenden Kraft ausgesetzt, so daß es in schlaffem Zustand imprägniert und eingebettet wird und keine hohe Festigkeit ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf einfache Weise auch bei dünnem, weichem oder lappigem Verstärkungsmaterial ein glattes Anlegen an die Innenfläche mit in Umfangsrichtung gestreckter Form ermöglichen und Kunststoffrohre mit verbesserter Festigkeit ergeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial bei einer hinreichenden Umfangsgeschwindigkeit der Innenfläche relativ zum Wickel zentrifugal mit seiner wickeiseitigen Fläche auf die Innenfläche überwickelt wird.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß das Verstärkungsmaterial mit seiner dem Mittelpunkt des Wickels zugewandten Fläche gegen die Innenfläche angelegt wird, so daß beim Überwickeln eine selbsttätige Umkehr der Außen- bzw. Innenflächen erfolgt. Diese Umkehr bewirkt automatisch, daß das Verstärkungsmaterial unter einer der Größe nach lediglich von den relativen Umfangsgeschwindigkeiten abhängigen Zugspannung auf die Innenfläche aufgebracht wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Herstellen eines verstärkten Kunststoffrohres mit einem um seine Längsachse drehbar gelagerten Hohlzylinder, einem darin koaxial einführbaren Schaftknrper zur Aufnahme eines Wickels aus strang- oder bahnartigem Verstärkungsmaterial und einer Einrichtung zum Einführen von flüssigem Kunststoff in den Hohlzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftkörper drehbar gelagert ist und ein Antrieb zu desser Verdrehung gleichsinnig oder gegensinnig zum Hohlzy-

• der vorgesehen ist.

'"Nach einer bevorzugten Ausführung;form kann der , haftkörper als Düsenrohr mit rad'cilen Austrittsdüsen ^ gebildet und übej eine drehbare Kupplung und eine uTbindungsieitung mit einem Vorratsbehälter für den n sieen Kunststoff verbunden sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der c ΓηΗ.ιηυ unter Bezugnahme auf die Zeichnungen w-i,er erläutert. Es zeigt

Pe 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht • Vorrichtung,

Pl 2 e^nen Querschnitt der Vorrichtung gemäß c· ι vor dem Überwickeln des Verstärkungsmate-

^r*· 3 _einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß c- T mrh dem Überwickeln des Ventärkungsmate-^Flg-'

Fi e 4 einen schematischen Querschnitt einer Vor-•u.fna fremäß der Fig. 1 bis 3 mit gleichsinniger ^rA hrlh.uns

Fie 5 einen schematischen Querschnitt einer Vorrirhtune gemäß der Fig.l bis 3 mit gegensinniger

Pi J eine teilweise geschnittene Vorderansicht eine abgewandelten Vorrichtung,

F f? rinen Querschnitt der Vorrichtung gemäß _ %

Fie 8 einen Querschnitt der Vorrichtung gemäß F i _B fin einer nachfolgenden Betriebsphase, ^F 'fi -9 «Se teilwei« geschnittene Vorderansicht der

^e Querschnitt eines ^stellten, verstärkten Kunststoff-

einen schematischen Teilquerschnitt eines trieben. Wenn die Drehzahl den vorbestimmten Mindestwert erreicht, wird das Ende 2a des Verstärkungsmaterials 2 aus der durch die Druckluft ausgeübten Anpressung freigesetzt, so daß es unter seinem Gewicht und infolge seiner Streckungsneigung herunterhängt und infolge der zwischen dem Verstärkungsmaterial 2 und der Innenfläche la des Hohlzylinders . auftretenden Reibung unter Abwicklung von dem aus Schaftkörper 3 angeordneten Wickel mitgenommen und auf die Innenfläche la des Honlzylinders ι überwickelt wird. Da das Verstärkungsmaterial 2 bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung in kreuzweise verschieden gerichteten Lagen auf den Schaftkorper 3 aufgewickelt ist, wird es während des Uberwickelns ebenfalls in kreuzweise entgegengerichteten Lagen über die gesamte Länge der Innenfläche la des Hohlzylinders 1 aufgewickelt. Der nach Beendigung des Überwickelns erreichte Zustand ist in F i g. 3dargestellt. Es ist auch möglich, unter Weglassung des Druckluttrohres5dasEnde2adesVerstärkungsmater.als2ohne

Berührung der Innenfläche la des Hohlzylinders 1 herabhängen zu lassen und bei Erreichung der vorbestimmten Drehzahl des Hohlzyhnders 1 den Schaftkorper 3 etwas in der zu einer Verlängerung des hängenden Endes 2a führenden Richtung zu verdrehen, bis dieses die Innenfläche la des rotierenden Hohlzylin-

ders 1 berührt.

Während bei der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsform der Schaftkorper 3 nicht rotiert sondern lediglich der Hohlzylinder 1 in der«»«

Sttir^ β Fi g.^gesteU^^ Hohlzylinder 1 in der gleichen Drehrichtung 9

io

15

^FlDii²in den Fig.l und 2 darges.ehle Vorrichtung r eines s,rfn⁶ga,₁!ge„Ve,,,är_kungsma,«n,l,₂.

D,_ehrich,„n_e 8. während der Hohfeylinde,J enlspre- ^" ^^Ä .„, d,_S Wickeln.a.erial

so

Wickel angedrückt gehalten, so daß es mcht unter 55 werden.

der

_{können die}

SfffiyiSS, 1 angeordnet sein, so daß es beim überwickeln des Verstärkungsmatena s 2 auf die Innennächel-desHohlzylindersnKhtstorendw.rkt

Der Hohlzyünder 1 trägt a., »en u,uu, .»-.-. einwärts vorstehende Ringflansche 6 und wird mittels der Tragrollen 7 von e.nem nicht d.rg«tellten SSSliche Luft durch ein Gas m,t geringeren so Widerstanc£,etz1: werfen. _{Ausfahrungsforn}

^BJ «^r ^^weise verlaufenden Lagen auf de, ,w'rner 3 aufeewickeltes Wickelmaterial in Forn -"~ ^- „_ebundelten Glasfasern verwendet, ts κ ^!J'^f^gSch ein gewebeartiges Wickelmate ₆₅ «loch ebenso<™^ | _{jm wesenlliche}n m,

kunesmaterials 2 entsprechenden Drehrichtung ange- übere.nst.mmt.

Bei einer derartigen, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist auf dem im Innenraum des Hohlzylinders 10 koaxial angeordneten Schaftkörper 15 ein Wickel aus gewebeartigem Wickelmaterial 12 aus Glasfasern mit im wesentlichen der Länge der Innenfläche 10a des Hohlzylinders 10 entsprechender Breite angeordnet. Das eine Schaftende 13a des Schaftkörpers 11 ist in einem Lager 15 gelagert, das in einem das eine Ende des Hohlzylinders 10 verschließenden Deckel 14 angeordnet ist. Das andere Schaftende 136 des Schaftkörpers 11 ist mittels eines Lagers 17 in einem am gegenüberliegenden Ende des Hohlzylinders 10 lösbar befestigten Deckel 16 drehbar gelagert. Durch Abnehmen des Deckels 16 kann der Schaftkörper 11 aus dem Hohlzylinder 10 entnommen werden. Der Hohlzylinder

10 ist auf Tragrollen 18 drehbar gelagert, wobei mindestens eine Rollenachse 19 mit der Antriebswelle 21 eines Motors 20 verbunden ist. Auf der Antriebswelle 21 ist eine Kupplungsvorrichtung 22 angeordnet. Mil dem Schaftende 13a des Schaftkörpers 11 ist über eine ausrückbare Kupplung 24 eine Übertragungswelle 23 verbunden, die durch die Kupplungsvorrichtung 22 jeweils entweder zusammen mit der Rollenachse 19 oder für sich allein angetrieben oder stillgesetzt werden kann.

Während des Überwickelns werden der Schaftkörper

11 und der Hohlzylinder 10 durch den Motor 20 in der in Fig. 7 dargestellten Weise im gleichen Drehsinne angetrieben, wobei das gewebeartige Wickelmaterial 12 zusammen mit dem Schaftkörper 11 rotiert, ohne von diesem auswärts abgezogen zu werden. Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Hohlzylinders 10 und des Schaftkörpers 11 ansteigt und einen vorbestimmten Wert erreicht, wird durch Betätigung der Kupplungsvorrichtung 22 der Schaftkörper 11 vom Antrieb abgeschaltet, so daß sich die Drehgeschwindigkeit des Schaftkörpers 11 allmählich verringert und das Bahnende 12a des gewebeartigen Wickelmaterials 12 sich vom Schaftkörper 11 ablöst, beim Herabhängen die Innenfläche 10a des rotierenden Hohlzylinders 10 berührt und wegen seiner Reibung an der Innenfläche 10a und der auf das gewebeartige Wickelmaterial 12 wirkenden Zentrifugalkraft unter fortschreitendem Abwickeln vom Schaftkörper 11 in der in F i g. 8 dargestellten Weise auf die Innenfläche 10a des Hohlzylinders 10 überwickelt wird. Das Überwickeln des gewebeartigen Wickelmaterials 12 erfolgt glatt ohne störenden Luftwiderstand, da die im Hohlzylinder 10 eingeschlossene Luft mitrotiert.

Die Länge des im vorhinein auf den Schaftkörper 11 aufgewickelten, gewebeartigen Wickelmaterials 12 kann je nach den Anforderungen bestimmt werden, wobei es durch entsprechende Veränderung der aufgev i< kelten Länge ohne weiteres möglich ist, die Anzahl der auf der Innenfläche 10a erzeugten Wickellagen des gewebeartigen Wickelmaterials 12 zu bestimmen. Der Wickel aus dem gewebeartigen Wickelmaterial 12 kann weiterhin in axialer Richtung des Schaftkörpers 11 in eine Mehrzahl von Streifen unterteilt werden, die nachfolgend gleichzeitig auf die Innenfläche 10a des Hohlzylinders 10 überwickelt werden. Um das lose Herabhängen des Endes 12a des gewebeartigen Wickelmaterials 12 zu Beginn des Überwicklungsvorganges zu vermeiden, kann das Ende 12.7 in der in F i g. 9 dargestellten Weise im vorhinein miitcls eines lösbar zwischen den Deckelteilen 14 und 16 angeordneten Fadens 25 am Hohlzylinder 10 befestigt werden. Diese Methode, bei welcher das Ende des Wickelinaterials an der Innenfläche des Hohlzylindcrs befestigt wird, kann auch bei in kreuzweise entgegengesetzten Lagen auf den Schaftkörper aufgewickelten Verstärkungsmaterialien, wie strangartig gebündelten Fasern oder gewirkten oder gewebten Bändern angewendet werden. In allen Fällen ist es erforderlich, daß der Schaftkörper 11 in der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Weise zusammen mit dem Hohlzylinder 10 verdreht wird, bis dieser eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit erreicht hat.

ίο Wenn man nach der Beendigung des Überwickelns des Verstärkungsmaterials flüssigen Kunststoff auf die Innenfläche des rotierenden Hohlzylinders aufbringt und diesen unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft zu einer gleichmäßigen Kunststoffschicht verteilt, diese durch Erwärmen aushärtet und nachfolgend den Hohlzylinder anhält, können verstärkte Kunststoffrohre 27 erzeugt werden, bei denen das Verstärkungsmaterial 26 in der in Fig. 10 dargestellten Weise in der aussenseitigen Oberflächenschicht angeordnet ist.

Wenn andererseits vor dem Überwickeln auf der Innenfläche des rotierenden Hohlzylinders durch Zentrifugalkraft eine gleichmäßige Schicht aus flüssigem Kunststoff erzeugt wird, können auch Kunststoffrohre 29 erhalten werden, bei welchen das Verstärkungsmaterial 28 in der in F i g. 11 dargestellten Weise an der Innenfläche eingebettet angeordnet ist. Auch in diesem Falle wird das Kunstharz nach dem Überwickeln des Verstärkungsmaterials erhitzt und ausgehärtet.

Die in Fig. 12 dargestellte, gegenüber der Fig. 1

abgewandelte Vorrichtung zur Herstellung von verstärkten Kunststoffrohren besitzt einen drehbar gelagerten Hohlzylinder 30, in welchem ein als Düsenrohr ausgebildeter Schaftkörper 33 konzentrisch angeordnet ist. Das Düsenrohr besitzt eine Vielzahl von bei der dargestellten Ausführungsform radial verlaufenden Austrittsdüsen 32, die in der in Fig. 13 dargestellten Weise in ihrer Aussenseite jeweils mit einer sich trichterförmig erweiterten öffnung 32a versehen sind. Das geschlossene Schaftende 33a des Düsenrohres ist mit einem Antriebsrad 35 verbunden, das in einem Lager 34 lösbar gelagert ist. Das offene Schaftende 33b des Düsenrohres ist in einem Lager 36 lösbar gelagert und über eine mit einem Flüssigkeitsdurchlaß versehene. drehbare Kupplung 37, ein Absperrventil 42 und eine Pumpe 41 mit einem Vorratsbehälter 39 für den flüssigen Kunststoff 40 verbunden. Der als Düsenrohr ausgebildete Schaftkörper 33 wird von einem Motor 43 durch Übertragung des Drehmomentes mittels einer Kette 44 auf das Antriebsrad 35 in der gleichen Richtung

und mit der gleichen Drehgeschwindigkeit angetrieben, wie der Hohlzyünder 30. Der durch die Pumpe 41 in das Düsenrohr 33 geförderte flüssige Kunststoff 40 spritzt dabei durch die Austrittsdüse 32 aus und wird auf die auf der Innenfläche 30a des Hohlzylinders 30 angeordneten,

überwickelten Schichten des Verstärkungsmaterials 31 aufgebracht und durch Zentrifugalkraft so auf der Innenfläche 30a verteilt, daß er das Verstärkungsmaterial 31 vollständig durchtränkt. Nach Zuführung einer vorbestimmten Menge des flüssigen Kunststoffes wird

bo das Absperrventil 42 geschlossen, die Pumpe 41 stillgesetzt und der sich noch im Düsenrohr befindliche flüssige Kunststoff unter der Einwirkung der durch die Rotation erzeugten Zentrifugalkraft vollständig ausge schleudert, so daß an der Innenfläche 30a des t>--. Hohlzylinders 30 eine Kunststoffschicht mit vorbestimmter Dicke entsteht. Anschließend wird die Schictv aus flüssigem Kunststoff bei fortdauernder Rotation de; Hohlzylindcrs vorzugsweise unter Erwärmung ausge

härtet, wobei ein verstärktes Kunststoffrohr mit einem Querschnitt gemäß Fig. 10 erhalten wird. Zur Entnahme des fertigen Kunststoffrohres können die an den Enden des Hohlzylinders 31 zur Verhütung des Ausströmens von flüssigem Kunststoff angebrachten Ringflansche 45 abgenommen werden. Statt dessen kann auch ein aus mehreren, in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung unterteilten Einzelteilen zusammengefügter Hohlzylinder 30 zur Entnahme des Kunststoffrohres zerlegt werden.

Die Zufügung des flüssigen Kunststoffes kann auch mittels einer nicht drehbar angeordneten Düse erfolgen, jedoch wird bei Verwendung des um seine Längsachse

verdrehbaren Düsenrohres der Vorteil erzielt, daß zwischen dem Düsenrohr und dem Hohlzylinder 30 im wesentlichen keine Relativverdrehung und damit im wesentlichen keine relative Umfangsbewegung zwisehen dem austretenden Kunststoff und dem auf die Innenfläche des Hohlzylinders überwickelten Verstärkungsmaterial entsteht, so daß keine Gefahr besteht, daß das Verstärkungsmaterial beim Auftreffen des ausgeschleuderten Kunststoffes, bezogen auf die Drehrichtung, nach rückwärts verlagert oder gestört wird. Dadurch kann die Dicke des Verstärkungsmaterials gleichmäßig gehalten und ein verstärktes Kunststoffrohr mit überlegener Festigkeit erzeugt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eine erstärkten Kunststoffrohres, bei welchem ein \orgefertigter Wickel eines strang- oder bahnartigen Verstärkungsmaterials koaxial in eine zylindrische Innenfläche eingebracht, diese verdreht, das Verstärkungsmateria! gegen die rotierende Innenfläche angelegt, flüssiger Kunststoff eingeführt und dieser während des Verdrehens mit dem Verstärkungsmaterial zu einem verstärkten Kunststoffrohr verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial bei einer hinreichenden Umfangsgeschwindigkeit der Innenfläche relativ zum Wickel ü zentrifugal mit seiner wickeiseitigen Fläche auf die Innenfläche überwickelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel entgegen der Abwicklungsrichtung und die Innenfläche in Abwicklungsrich- tung verdreht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel entgegen der Abwicklungsrichtung und die Innenfläche mit geringer Umfangsgeschwindigkeit in gleicher Drehrichtung verdreht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche in Abwicklungsrichtung und der Wickel mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit in gleicher Drehrichtung verdreht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Wickel mit kreuzweise aufgewickelten Lagen eines strangartigen Verstärkungsmaterials dieses in entgegengesetzt kreuzweise verlaufenden Lagen auf die Innenfläche überwickelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Wickel aus einem breiten, bahnartigen Verstärkungsmaterial dieses radial aufwärts auf die Innenfläche überwikkelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Verstärkungsmaterials zunächst durch Luftdruck gegen den Wickel angedrückt und bei einer vorbestimmten Drehzahl der Innenfläche freigegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die rotierende Innenfläche eine Schicht aus flüssigem Kunststoff aufgebracht und nachfolgend auf diese das Verstärkungsmaterial überwickelt wird.

9. Vorrichtung zum Herstellen eines verstärkten Kunststoffrohres mit einem um seine Längsachse drehbar gelagerten Hohlzylinder, einem darin koaxial einführbaren Schaftkörper zur Aufnahme eines Wickels aus strang- oder bahnartigem Verstärkungsmaterial und einer Einrichtung zum Einführen von flüssigem Kunststoff in den Hohlzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftkörper (3, 11, 33) drehbar gelagert ist und ein Antrieb (20 bis 24) zu dessen Verdrehung gleichsinnig oder gcgcnssnrüg ziirn Hoh!zy!inder(!, 10,30) vorgesehen

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftkörper (33) als Düsenrohr mit radialen Austrittsdüsen (32) für flüssigen Kunststoff (40) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftkörper (33) über eine drehbare Kupplung (37) und eine Verbindungsleitung (38) mit einem Vorratsbehälter (39) für den flüssigen Kunststoff (40) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (1,30) ein vorgefertigtes Kunststoffrohrist.