DE2349674A1

DE2349674A1 - Vorrichtung zum zufuehren von fluessigkeitsimpraegniertem faden- oder fasermaterial

Info

Publication number: DE2349674A1
Application number: DE19732349674
Authority: DE
Inventors: Arthur Benjamin Eymore; Tom Thorpe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-03
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1975-04-17

Description

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PATENTANWÄLTE D 59 Siegen

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT MarbumerTor2 - Po_Stfach462

DIPL-ING ROLF PÜRCKHAUER ^{Teiafön: i0271)54070}

Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen

-2,OKT. 1973

Tom Thorpe und Arthur Benjamin Eymore, 11 Charles II Street,

London S.W.1, England

Vorrichtung zum Zuführen von flüssigkeitsimprägniertem Faden- oder Fasermaterial

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Zuführen oder-liefern von flüssigkeitsimprägnierten Längen von Fäden oder Fasermaterial.

Gewisse Formen von faserverstärkten Aufbauten werden durch Aufwickeln von mit Harz überzogenen Fäden oder Fasern auf einen sich drehenden Dorn hergestellt, wobei das Harz anschließend ausgehärtet wird, um starke Aufbauten herzustellen.

Die Fäden oder Fasern können in ein Harzbad eingetaucht werα bevor sie auf einen Dorn gewickelt werden, doch hat eine solche Anordnung eine Reihe von Nachteilen.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum Liefern von flüssigkeitsimprägnierten Längen von Fäden oder Fasermaterial geschaffen, die sich zusammensetzt aus einer Walze, die um eine im wesentlichen horizontale Achse drehbar ist und"um deren untere . Oberfläche beim Betrieb der Vorrichtung die Länge von Fäden oder Fasermaterial geführt wird, ferner aus einer Einrichtung zum Zuführen einer dosierten Menge von Flüssigkeit auf die Walze sowie aus einer Einrichtung zum Ausbreiten der Flüssigkeit über die Oberfläche der Walze, von welcher die Flüssigkeit durch die Fäden

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oder das Fasermaterial, welches über diese läuft, aufgenommen wird.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Zuführen einer dosierten Menge von Flüssigkeit eine Speiserohrleitung, eine Pumpe sowie eine Regelvorrichtung zum Regeln der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsauslieferung durch die Pumpe auf.

Ein Strömungsdrosselbauteil ist vorzugsweise oberhalb der Achse der Walze und auf der einen Seite einer vertikalen Ebene angeordnet, welche die Achse dieser Walze enthält, wobei sich der Strömungsdrosselbauteil über die Peripherie der Walze erstreckt, wobei benachbarte Oberflächen der Walze und des Strömungsdrosselbauteils einen Spalt zwischen sich zum Ausbreiten von Flüssigkeit über die Walze bilden, wenn die Flüssigkeit durch den Spalt durchläuft.

Durch entsprechende Auswahl des Spaltes zwischen dem Strömungsdrosselbauteil und der Walze arbeitet der Spalt als Dosierspalt und mißt in Verbindung mit der Einrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit die Menge der Flüssigkeit, die auf jenen Teil der Walze aufgebracht wird, der von den Fäden oder dem Fasermaterial berührt wird. Jedoch kann die Ansammlung von Faserablagerungen auf der Walze oder am Strömungsdrosselbauteil die Dosierfunktion des Spaltes beeinträchtigen, und es wird daher vorgezogen, die zugeführte Flüssigkeitsmenge allein durch RegeIu ; der Zuführung entlang der Speiserohrleitung zu steuern. Der Strömungsdrosselbauteil wirkt dann einfach als Verteiler bzw. Ausbreiter.

Vorzugsweise besteht der Strömungsdrosselbauteil aus einer Nebenrolle, die um eine Achse drehbar ist, welche im wesentlichen parallel zur Achse der ersterwähnten oder Hauptrolle verläuft.

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Vorzugsweise wird die Länge von Fäden oder Fasermaterial mit geringer Zugspannung der Walze zugeführt und, indem sie die Walze mit Flüssigkeit imprägniert verlässt, einem Zugspannungsmechanismus zugeleitet.

Vorzugsweise weist der Zugspannungsmechanismus ein Paar von Walzen auf, um die die länge von Fäden oder Fasermaterial in einer Vielzahl von Windungen gewickelt wird, wobei die Achse der einen Walze zur Achse der anderen Walze geneigt ist, damit sich ein axiales Wandern der Fäden oder des Fasermaterials entlang den Walzen ergibt, wobei eine Abtasteinrichtung zum Abtasten der Zugspannung in den Fäden oder dem Fasermaterial, welches von dem genannten Paar von Walzen abgezogen wird, vorgesehen ist, und wobei ferner eine Antriebs-Steuereinrichtung vorgesehen ist, die auf die Abtasteinrichtung anspricht, um den Antrieb für mindestens die eine Walze dieses Walzenpaars in solcher Weise zu steuern, damit die Zugspannung in den Fäden bzw, im Fasermateria], welches von diesem Walzenpaar abgezogen wird, konstant gehalten wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, nunmehr anhand der Zeichnung beschrieben, und zwar zeigen die

Fign. 1 und 2 perspektivische Ansichten der Vorrichtung.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung 1 ist zum Aufbringen eines flüssigen Harzes auf einen faserigen I&rper in Form eines Taues 2 aus Fasern bestimmt. Die Fasern köaanen beispielsweise Glasfasern, Kunststoff-Fasern oder iCohlejistoff-Fasern sein. Die Vorrichtung 1 weist eine Hauptwalze 3 auf, die um eine im wesentlichen horizontale Achse 4 drehbar gelagert ist und um deren untere Oberfläche beim Betrieb der Vorrichtung 1 und wie dargestellt das Tau 2 geführt wird- Ein Flüssigkeitsströmungs-Drosselbauteil in Form einer Jfebenwalze 5 ist über

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der Achse 4 der Walze 3 und auf der einen Seite einer diese Achse enthaltenden vertikalen Ebene angeordnet. Die Nebenwalze 5 erstreckt sich über die Peripherie der Hauptwalze 3 und ist um eine Achse 6 drehbar gelagert, die im wesentlichen parallel zur Achse 4 der Hauptwalze 3 verläuft. Benachbarte Oberflächen der Walzen 3 und 5 bilden zwischen sich einen Dosierspalt von geringer Breite, der in der Zeichnung durch die Nebenwalze 5 verdeckt ist. Eine Einrichtung mit einer Düse 7 ist zum Zuführen von Harz auf die obere Seite des Dosierspaltes vorgesehen.

Im einzelnen wird das Harz der Düse 7 durch eine Speiserohrleitung von einer peristaltischen Pumpe 8 (Fig. 2) zugeführt, deren Einlaß mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter verbunden ist, in welchem das Harz bei Raumtemperatur oberhalb der Pumpe 8 gespeichert wird. Die Hauptwalze 3 besteht aus Metall und trägt zwei Gummibänder 9 um ihre Peripherie herum. Die Bänder 9 sind in der Nähe der Seiten der Walze 3 so angeordnet, daß ein Ringspalt durch die Bänder gebildet wird.

Die Nebenwalze 5 besteht aus Metall und ist in Gummi eingehüllt dargestellt. Die Enden der Walze 5 stehen in Berühung mit den Gummibändern 9, und so befinden sich die Enden des oben erwähnten Dosierspaltes an den Innenkanten der Bänder 9.

Die untere Hälfte der Hauptwalze 3 ist in einem Trog TO angeordnet, dessen Boden mit einem oder mehreren Abflußlöchern (nicht dargestellt) perforiert ist. Alles Harz, welches in den Trog 10 fällt, gelangt durch das Abflußloch oder die Abflußlöcher in einen Sammelbehälter 11.

Die Nebenwalze 5 ist auf einer mit Gewinde versehenen Stange 12 drehbar gelagert, deren Enden in Schlitzen 13 angeordnet sind, die sich in den freien Enden von Haltearmen 14 befinden. Zug- . federn 15 sind zwischen die Enden der Stange 12 und einem Rahmenaufbau 16 geschaltet, der die Walzen 3,5 trägt.

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Eine Infrar'ot-Heizlampe läßt Wärme auf die Hauptwalze 3 einwirken. -

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Vorrichtung'längsseits einer von der deutschen Firma Joseph Baer hergestellten Maschine, Modell Nr. WSH 65/30, angeordnet. Das Tau 2 aus Fasern oder Fäden läuft von einer Speicherspule (nicht dargestellt) durch eine öse in einem Block 19 aus einem Material mit geringer Reibung (beim Ausführungsbeispiel PTFE) und über eine genutete Scheibe 20, die ebenfalls aus einem Material mit geringer Reibung (PTFE) besteht. Von der Scheibe 20 läuft das Fasertau unter der oberen Oberfläche der Hauptwalze 3_/ über eine PTFE-Scheibe 21, um eine Faserscheibe 22 und läuft dann mehrmals um ein Paar von Walzen 23 der Wickelmaschine. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Walzen mit Polyäthylen überzogen. Die Achse der unteren Walze 23 ist relativ zu derjenigen der oberen Walze 23 geneigt, und beim Lauf um die Walzen 23 werden die Fasern des Taues 2 gespannt. Von den Walzen 23 läuft das gespannte Tau 2 auf einen rotierenden Dorn (nicht dargestellt) mittels einer Führungsvorrichtung derjenigen Ausführungsform, wie sie in der Patentanmeldung P vom gleichen Tage

(Anwaltsakte 73 048) beschrieben ist.

Da das Tau 2 um das untere Teilstttck der Hauptwalze 3 läuft, dreht es diese Walze, und da die Nebenwalze 5 mit der Hauptwalze 3 in Berührung steht, wird auch die Walze 5 gedreht. Wenn sich die Haupt- und Nebenwalze 3,5 drehen, fließt Harz, welches durch die Düse 7 zugeführt wird, durch den Dosierspalt, der durch die Walzen gebildet wird, um die Oberfläche der Walze 3 zwischen den Bändern 9 zu überdecken, wobei ein Teil des Überzugs auf das Fasertau 2 übertragen wird. Etwas Harz wird durch die Nebenwalze 5 zurückgehalten, so daß ein kleines Volumen von Harz auf der Zuführseite dieser Walze aufgebaut wird. Das harzüberzogene Tau 2 läuft dann von der Hauptwalze 3 nach den Zugspannungswalzen 23 der Wickelmaschine, wo die Fasern des Taues gespannt werden, und von dort wird es auf den sieh drehenden Dorn der Maschine aufgewickelt,

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um einen faserverstärkten Aufbau zu bilden.

Der Zugspannungsmechanismus arbeitet wie folgt!

Die untere der Walzen 23 läuft frei, und deren Achse ist zu derjenigen der oberen Walze leicht geneigt. Das Tau 2 läuft mehrmals um die beiden Walzen 23 (beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit sieben Windungen), und die Neigung der Walzenachsen geben dem Tau die Möglichkeit, sowohl axial als auch in Längsrichtung in dem Maße zu wandern, wie die Walzen sich drehen. Die Zugspannung in dem Tau, welches die Walzen 23 verläßt, wird von einer Fühlerwalze (nicht dargestellt) abgetastet, welche den Antrieb für die obere der Walzen 23 in solcher Weise steuert, daß diese Zugspannung konstant gehalten wird. Der Mechanismus ist einstellbar, damit die Größe dieser Zugspannung vorgegeben werden kann.

Die Anordnung der beiden Walzen 23? die mehrere Windungen des Taues 2 aufnehmen, ergibt die Möglichkeit, daß das Tau auf der Eingangsseite eine geringe Zugspannung aufweist, wie es für den Betrieb des Überzugsmechanismus gewünscht wird, während die Ausgangsfaser eine höhere Zugspannung aufweist, wie es für das Zuführen zum Wiekelmechanismus (nicht dargestellt) wünschenswert ist.

Die Infrarotlampe 17 dient dazu, das Harz auf der Hauptwaise 3 für eine zufriedenstellende Imprägnierung des Taues 2 ausreichend flüssig zu halten.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Dosierspalt, der durch die Haupt- und Hebenwalzen 3,5 gebildet wird, groß genug, um mehrere nebeneinander angeordnete Taue 2 aufzunehmen.

Die Anordnung nach diesem Ausführungsbeispiel bildet eine einfache und wirksame Vorrichtung zum Aufbringen von Harz auf Fäden oder Fasern in einer wirtschaftlichen Weise und in

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kontrollierbaren Mengen sowie praktisch, ohne Bildung von Luftbläsciien. Ferner muß bei Anordnungen, bei denen Fasern oder Fäden durch. Eintauchen in ein Harzbad überzogen werden, das ganze Bad beheizt werden, um eine geeignete Harzviskosität für die Imprägnierung zu erzielen. Die Erhitzung reduziert die nutzbare Lebensdauer des Harzes. Da der Vorratsbehälter des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels nach der Erfindung auf Raumtemperatur gehalten wird"und nur dasjenige Harz, welches auf die Walzen 3 und 5 aufgebrachijwird, erwärmt wird, ist die nutzbare Lebensdauer des Harzes im Vorratsbehälter dementsprechend länger.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung so abgeändert, daß ihre Leistung verbessert oder ihr Leistungsbereich ausgedehnt wird. Bei der Abänderungsform wird das Dosieren des Harzes durch eine genauere Steuerung der Pumprate durch die Speiserohrleitung hindurch geregelt, anstatt daß man sich auf den Dosierspalt zwischen der Hauptwalze 3 und der Nebenwalze 5 verläßt. Eine präzisere Steuerung wird erzielt durch Verwendung einer Druckluftzufuhr in Kombination mit einem Ventil an der Speiserohrleitung, oder besser noch durch eine Zwangsverdrängungs-Kolbenpumpe, so daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Flußrate von der Viskosität unabhängig ist. Bei Verwendung einer derartigen Zwangsverdrängungs-Pumpe wird die Regelung der Pumprate durch manuelle Regelung der Geschwindigkeit der Pumpe erzielt. Bei jeder dieser abgeänderten Ausführungsformen wird das Problem der Änderung der Dosierspaltgröße, wenn Fusseln auf den Walzen eingefangen werden, vermieden oder vermindert.

Die Gummibänder 9 sowie die Gummiumhüllung auf der Nebenwalze 5 werden eingespart, und der Dosierspalt wird durcK einen ausgesparten Mittelbereich in der Hebenwalze vorgesehen. Die Walzen können dann leichter gereinigt werden, und" durch Vorsehen von mehreren, leicht auswechselbaren Nebenwalzen mit unterschiedlichen Tiefen des ausgesparten Bereiches kann der Spalt geändert werden, um die Überzugsbedingungen auf ein Optimum zu bringen.

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Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bei genauer Steuerung der Harzströmung in der Speiserohrleitung die prinzipielle Funktion des Spaltes zwischen der Hauptwalze und der Nebenwalze darin besteht, das Harz auf der Hauptwalze auszubreiten bzw, zu verteilen.

Bei der abgeänderten Ausführungsform wird die Scheibe 20 durch mehrere Scheiben (drei beim Ausführungsbeispiel) ersetzt, und das Fasertau wird mehrmals (z.B. dreimal) um die Hauptwalze gelegt, wobei es bei jedem Lauf um die Hauptwalze über eine separate Scheibe läuft, die koaxial zur Scheibe 20 angeordnet ist. Die Achse der Scheiben ist zur Achse der Hauptwalze geneigt, damit sich eine axiale Fortbewegung des Fasertaus ergibt. Die verbesserte Benetzung bei dieser Anordnung ergibt die Möglichkeit, die Imprägnierungsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Anzahl von zusätzlichen Windungen um die Hauptwalze herum wesentlich zu erhöhen.

Die Öse 18 wird durch eine Scheibe ersetzt, um die Handhabung von Hochmodul-Fasern bzw. Fasern mit hoher Verdichtungssteife zu verbessern.

Der Rahmenaufbau 16 wird so gehalten, daß er seitlich einstellbar ist j und die Walzen 21 und 22, zusammen mit der Heizlampe 17, sind außerdem auf diesem Rahmenaufbau 16 statt auf dem Rahmen des Zugspannungsmechanismus angebracht. Auf diese Weise kann die seitliche Lage des Eingangs nach dem Zugspannungsmechanismus und damit auch des Ausgangs von diesem leicht durch Bewegen des Rahmenaufbaus 16 im ganzen mit der Hauptwalze 3, der Nebenwalze 5, der Eingangsöse oder Walze 18, den Walzen und 22 und der Heizlampe 17 eingestellt werden. Dies ist eine Hilfe beim Erzielen einer zufriedenstellenden Ausrichtung des Ausgangs vom Zugspannungsmechanismus mit dem Wickelmechanismus.

Die Erfindung ist nicht auf die Details des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels beschränkt. Zum Beispiel kann die Düse 7 (z.B. durch einen elektrischen Heizwendel) zusätzlich zur Be-

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heizung der Walze 3 geheizt werden. Es muß nicht unbedingt eine Infrarot-Heizlampe verwendet werden, sondern es kann Jede beliebige entsprechende Heizeinrichtung verwendet werden. Z.B. könnte die Walze 3 auch direkt dampfbeheizt sein,

Die Walzen 23 des Zugspannungsmechanismus müssen nicht unbedingt mit einem Überzug versehen sein, sondern können auch mit blanken Metalloberflächen verwendet werden. In diesem Falle können, wenn beispielsweise Aluminiumwalzen verwendet werden, die Walzen beheizt werden, um das Harz auf einer gewünschten Viskosität zu halten.

Patentansprüche

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Claims

- ίο -

73 046 Ktt/G-

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Zuführen von flüssigkeitsimprägnierten Längen von Pasern oder Fasermaterial, gekennzeichnet durch eine Walze (3), die um eine im wesentlichen horizontale Achse (4) drehbar gelagert ist und um deren untere Oberfläche beim Betrieb der Vorrichtung die Länge (2) von Fasern oder Fasermaterial geführt ist, durch eine Einrichtung (7) zum Zuführen einer dosierten Menge von Flüssigkeit nach der Y/alze und durch eine Einrichtung (5) zum Ausbreiten bzw. Verteilen der Flüssigkeit über die Oberfläche der Walze, von welcher die Flüssigkeit durch die Fäden oder das Fasermaterial, welches über sie läuft, aufgenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen einer dosierten Menge von Flüssigkeit eine Speiserohrleitung (7), eine Pumpe (8) sowie eine Regeleinrichtung zum Einregeln der von der Pumpe gelieferten Flüssigkeitsrate aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsdrosselbauteil (5) über der Achse der Walze (3) und auf der einen Seite einer vertikalen Ebene, welche die Achse der Walze enthält, angeordnet ist und sich über die Peripherie der Walze erstreckt, wobei benachbarte Oberflächen der Walze und des Strömungsdrosselbauteils einen Spalt zwischen sich zum Ausbreiten der Flüssigkeit über die Walze, wenn Flüssigkeit durch den Spalt hindurchgelangt, bilden.

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4v Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsdrosselbauteil eine Febenwalze (5) ist, welche um eine Achse (6) drehbar gelagert ist, die sich über der Achse (4) der ersterwähnten Walze (3) befindet.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (2) von Fäden oder Fasermaterial mit geringer Zugspannung der Walze (3) zugeführt wird und, indem sie die Walze (3) mit Flüssigkeit imprägniert verläßt, einem Zugspannungsmechanismus (23) zugeleitet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugspannungsmechanismus ein Paar von Walzen (23,23) aufweist, um welche die Länge (2) von Fäden oder Fasermaterial in einer Vielzahl von Windungen aufgewickelt wird,wobei die Achse der einen Walze (untere Walze 23) zur Achse der anderen Walze geneigt ist, damit sich ein axialer Vorschub der Fäden oder des Fasermaterials entlang den Walzen ergibt, daß eine Abtasteinrichtung zum Abtasten der Zugspannung in den Fäden bzw. im Fasermaterial, welches von dem genannten Paar von Walzen abgezogen wird, vorgesehen ist und daß eine Antriebs-Regeleinrichtung vorgesenen ist, die auf die Abtasteinrichtung zur Steuerung des Antriebs für mindestens die eine Walze des Paares von Walzen in solcher Weise anspricht, daß die Zugspannung in den Fäden oder im Fasermaterial, welches von diesem Paar von Walzen abgezogen wird, konstant gehalten wird.

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