DE2640933C2

DE2640933C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausbilden eines gekrümmten, faserverstärkten Kunststoffkörpers

Info

Publication number: DE2640933C2
Application number: DE2640933A
Authority: DE
Inventors: William J. Peninsula Ohio Hampshire
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1975-09-10
Filing date: 1976-09-09
Publication date: 1985-08-01
Also published as: JPS6029609B2; BR7605889A; DE2640933A1; FR2323512A1; IT1068128B; AU1659876A; CA1078719A; FR2323512B1; MX142894A; ZA764661B; US3988089A; GB1552324A; AU500642B2; US4100241A; JPS5233964A

Description

die ineinandergestellten Matrizen umgekehrt sind:

Fig. I 3 >:ine der F i g. 12 ähnliche I >arste!lung. bei der die erste Matrize abgenommen ist:

F i g. 14 einen Tcilschnitt durch eine dritte ringförmige Matrize;

F i g. Ί5 einen der Fig. 13 ähnlichen Teilschritt mit der dritten Matrize anstelle der eisten, wobei die Matrizen-Zusammenstellung umgekehrt ist;

Fig. 16 eine Darstellung eines elektrischen Ofens zum Vorwärmen des teilgehärteten Vorformlings;

Fig. 17 einen Schnitt in verschiedenen radialen Ebenen durch eine Form für gekrümmten Körper:
Fig. 18 eine Draufsicht auf eine andere erste Matrize zur Aufnahme von zwei Vorformlingen als /weites Ausführungsbeispiel;

Fig. 19 einen Teilschnitt in der Ebene der Linie 19-19 in Fig. 18:

F i g. 20 eine Draufsicht auf eine zweite halbkreisförmige Matrize zum Legen über die erste Matrize nach den I ig. 18 und 14;

Fig. 21 einen Schnitt in der Ebene der Linie 21-21 in F i g. 20;

Fig. 22 einen öi:n F'ig. 19 und 21 ähnlichen Schnitt durch die erste und /weite Matrize:

F i g. 23 einen der F i g. 22 ähnlichen Schnitt mit umgekehrter Matrizenzusammensteiiung:

F i g. 24 einen der F i g. 23 ähnlichen Schnitt, mit abgenommener erster Matrize:

Fig. 25 eine Draufsicht auf eine dritte halbkreisförmige Matrize;

F i g. 2b einen S^. litt in der Ebene der Linie 26-2b in F ig. 25:

F i g. 27 eine der F i g. 24 ähnliche Darstellung, bei der die dritte Matrize auf der zweiten nach den F i g. 20 und 21 liegt:

F i g. 28 eine der I·' i g. 27 ähnliche Darstellung mit umgekehrter Matrizen-Zusammenstellung:

r· : _ λι\ _:_ f..i :.. _i i_ .:_ . i- r.-._ λ ι il

|- ig. £1 einen .iv.1111111 uiiii.li etui.- i'uilii im UCIi Ii«1IU-

kreisförmigen Körper:

F i g. 30 eine Draufsicht auf die untere Hälfte der Form nach Fig. 29:

F i g. 31 einen Teilschnitt durch eine Reihenfolge, auf der ein halbkreisförmiger Körper aufgeschraubt ist.

Die Fig. 1,2 und 3 zeigen die Vorrichtung zum Bilden des Vorformlings eines noch zu beschreibenden gekrümmten Körpers. Die Vorrichtung 10 besitzt ein Gestell 11 mit den Seitenteilen 12 und 13, die mit Endteilen 14 und 15 verbunden sind. An den Seitenteilen 12 und 13 und den Endteilen 14 und 15 sind Schenkel 16 befestigt, die auf einer Tragefläche oder einem Boden 17 stehen.

An einem Ende des Gestells 11 befindet sich ein drehbarer Träger oder eine runde Plattform 18. die eine horizontale Lage hat und sich um eine vertikale Achse X-X drehen kann. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, wird eine Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor 19 unter der Plattform durch Streben 22, 23 und 24. die mit dem Gestell 11 verbunden sind, und durch einen Socke! 25 gehalten, der auf dem Boden 17 steht. Vom Motor 19 erstreckt sich eine Welle 26 durch Lager in einem Querträger 27 nach oben zur runden Plattform 13. Der Querträger 27 befindet sich zwischen den Seitenteilen 12 und 13.

Am anderen Ende des Gestells 11 ist eine feststehende horizontale Plattform 28 an einem querverlaufenden Tragteil 29 befestigt. Die Plattform 28 wird auch von

ren Schenkelpaar 16 verbunden ist. das die Seitenteile 12 und 13 ebenfalls trägt. Über dem Trasteil 32. das die Seitenteile 12 und I 3 verbindet, befindet sich ein diilles Tragteil 53. das die ¹V :citleilc 12 und 13 verbindet. I )ic ses (lutte Tragteil 53 iragi Anne 54. die sich in die N.ihe von Spulen 35 erstrecken. An den Linien der Anne 54 sind Führungen Jh mit ke .umsehen ! uhrungsansal/eii 57 befestigt, durch die Fasern IHgeliihn werden, wie Jic F ι g. 2 und 3 /eigen.

/wischen der runden Plattform 18 und den Spulen 35 eines aus den aufgespulten Glasfaser-Faden 38 besteheiiden Vorrats befindet sich an Seitenteilen 12 [\ni.\ 13 ein erhöhter Aufbau 39. der Behälter 42 und 4 5 tragt, die einen Schäumst* Ή 44 enthalten, durch den die Faden 18 gezogen sind und der mn Wasser oder einer anderen entsprechenden Flüssigkeit gesättigt scm kann, um st.ι tische Ladungen von der Oberfläche der Läden 38 /u entfernen, wenn diese dun h die Behälter 42 und 4 5 hindurchgehen.

Von den Seilenteilen 12 und I 5 fuhren an Stellen neben der runden Plattform 18 vertikale Stutzen 45 und 4h nach oben, die durch einen Querträger 47 am Oberteil befestigt sind und an denen Halterungen 49 und 50. die von den Stutzen 45, 4h nach auMeη führen, angebracht sind, tine Achse 48 erstreckt sich parallel zum Querträger 47. ist aber um eine gegebene Strecke /um Ende des Gestells 11 vom Querträger 47 versetzt in den Halterungen 49, 50. An eier Achse 48 können zwei Faser-Schneide- und [3esehiehtungseinriehlungen 53 und 54 gleiten, die in gegebener Entfernung über der runden Plattform: 18 angeordnet sind. Die Einrichtungen 53 und 54 sind im wesentlichen gleich, so daß die Beschreibung der Einrichtung 54 auch für die Einrichtung 53 gilt.

Die F i g. 4. 5 und ö zeigen vergrößert die Einrichtung 54. Auf der Achse 48 ist durch Schrauben 58 eine Schlitzbuchse 55 mit einer oberen und einer unleren Hälfte 56 bzw. 57 festgeklemmt. An einem Stift 62 ist ein Gehäuse 59 drehbar befestigt. Der Stift 62 erstreckt sich durch die untere Hälfte 57 der Buchse 55 und durch

findet sich ein joch 63. und an der oberen Hälfte 5h tier

■40 Schlilzbuchse ein doppelt wirkender Kolben-Zylinder 64. dessen Kolbenstange 65 durch einen in einen Schiit/ einfassenden Verbindungsstifl 66 am |och 63 gehallen ist. so dal3 bei Betätigung des Kolben-Zylinders 64 und Bewegen der Kolbenstange Gehäuses 59 um den Stift

4j 62 geschwenkt wird. Vorzugsweise ist der Kolben-Zylinder 64 mit einer Druckluftquellc verbunden. Die Steuerung des Kolben-Zylinders 64 kann durch nicht dargestellten Nocken erfolgen, die sich an der Plattform 18 befinden.

so Das Gehäuse 59 besitzt eine Grundplatte 67, die zu einer Stelle unter der Achse 48 führt und eine abw^:irtsgerichtete Platte 68 trägt. Nach Fig. I kann die Platte 68 in verschiedene Richtungen weisen. Bei der Einrichtung 53 verläuft die Platte 68 entlang dem Gestell II.

während bei der Einrichtung 54 sie quer zum Gestell gerichtet ist.

Wie in den F i g. 4 und 5 zu sehen ist. ist an der Platte 68 eine Schneidvorrichtung 69 zum Schneiden der Fäden 38 in gegebene Faserlängen angebracht. An einer

bo Welle 73. die durch die Platte 68 zu einem von einem Motor 75 angetriebenen Geschwindigkeilsrcgelmechanismus hindurchgeht, beFindet sich eine antreibende Schneidblattrolle 72, die in Eingriff mit einer Gegenrolle 76 steht. In tangentialer Ausrichtung mit der Schneidblattrolle 72 befindet sich am Berührungspunkt der Ge-.,anrAlU 7C αΐηο „,imto A « t r~, aUe γαΙ to 77 ΛΊ C* Hancnlknn

£V 111 VlIV. «IS «.Uli. «.TT V.11V. mill I\-UJ1 VII^ « t . UIV. UVIIJVlUbII Durchmesser wie die Gegenrolle 76 besitzt. Zwischen der Gegenrolle 76 und der Antriebsrolle 77. die sich mit

derselben Geschwindigkeit wie die Gegenrolle 76 dreht, befindet sich eine erste [.ccrlaiifrolle 78. Mit der Antriebsrolle 77 steht eine /weite l.eerlaufrolle 79 im Eingriff.

Wii· die I- ι g. I bis 3 /eigen, werden die Faden 38 von den Behaltern 42 und 43 des Schaumstoffs 44 durch Löcher in Führungsplalten 82 und 83 und dann durch I ocher im Querträger 47 durch eine Öffnung 84 in der Grundplatte 67 des Gehäuses 59 und schließlich durch eine Fadenführung 85 aus gehärtetem Stahl geführt, die ebenfalls an der Platte 68 angebracht ist. Die Fäden 38 werden /wischen der /weiten Antriebsrolle 77 der Schneidvorrichtung 69, die einen Giimniibelag haben kann, und der /weiten l.eerlaufrolle 79 ergriffen und dann /wischen die Schneidblatlrolle 72 und die Gegenrollc 76 getrieben, die ebenfalls einen Gummibclag bcsii/cn kann. Die Schneidblattrolle 72 besitzt verteilt angeordnete Blatter /um Schneiden der I aden 38 in gegebene Langen, worauf diese Längen durch eine Beschichlungsdüsc 86 zur Plattform 18 gelangen.

Die Langsachse A-A der Beschichtungsdüse 86 liegt, wie Fig. b zeigt, in einer zur Schneidblattrolle 72 tangentialen Ebene, und zwar im Berührungspunkt mit der Gegcnrolle 76. Die Beschichtungsdüse 86 sowohl für die Einrichtung 53 wie auch für die Einrichtung 54 ist identisch. Deshalb wird nur der Aufbau der einen Düse beschrieben.

Die Beschichtungsdüse 86 ist durch eine an die Platte 68 bei 88 angeschraubte Halterung 87 schalten und besil/l einen zylindrischen Körper 89 mit einem Ringglicd 92 im Miitelabsehnitt. In das Ende des zylindrischen Körpers 89 ist ein zur Schneidvorrichtung 69 weisendes konvergierendes trichterförmiges Venturiteil 93 eingeschraubt, das eine Verengung mit einem kleineren Durchmesser aufweist. Dieses konvergierende Ende des Venturiteils 93 steht einer Verengung 94 am Ringglied 92 gegenüber und weist eine öffnung 95 mit einem grö-

ISeschichten der geschnittenen laden erwünscht. An dem erhöhten Aufbau 39 sind ein erhitzter llar/häitctank 115 und ein erhitzter Tank 114 mit flüssigem Harz angebracht, der durch ein geeignetes Misch- und MeIJ-gerät zum Mischen des Härtemittels mit dem Har/hartelank 113 \erblinden sein kann. Geeignete I Luve sind in der US-l'atenlschnlt JJ ^ri(> 40b in Spalte b./eile I/ his Spalte 9. /eile 71 beschrieben. Das I Luv k.nui inner Druck an die Bcschichtiingsdüscn 86 oiler an die I laiv-Sprühdüse 107 gegeben werden. Das Härtemittel dient zum Teilharicn eines Harzes nach Mischen und Beschichten der geschnittenen Fasern. Das den Härter enthaltende Harz w ird auf die geschnittenen Fasern 38 mit einer Rate von 200 bis 700 Gramm pro Minute aufgebracht. Einige Härter, u ic Amine. Polyamide oder Amide und saure Anhydride können ebenfalls verwendet werden, besonders eine kommerzielle Toluen-Diamin-Mischung. Bevorzugte Härter sind diejenigen, die bei Raumtemperatur eine Härte erzeugen, die ausreicht, um eine trockene, kiebfreic und handhabbare Oberfläche am Vorformling zu ergeben, der später erhitzt und bei etwa 120 bis 155'C gehärtet werden kann und so ein ganz gehärtetes Erzeugnis mit hohen Wärmeerweichungstemperaturen und den notwendigen Modulen liefert.

Auf dem erhöhten Aufbau 39 befindet sieh eine Steuereinrichtung 115. mittels der die Umlaufgeschwindigkeit der runden Plattform 18. der Kolben-Zylinder 64. die Umlaufgeschwindigkeit der Schneidblattrolle 72 und der Luft- und Harzstrom in die Beschichtungsdüse 86 oder Sprühdüse 107 gesteuert werden kann.

Die F i g. 1 und 7 zeigen eine erste Vorausbildungsmatrize 116 mit einem Durchmesser von 7b0 mm aus Metall. Kunststoff oder einem ähnlichen Material. Die Matrize 116 ist z.B. durch um die Plattform 18 herum verteilt angeordnete Halterungen 117 befestigt. Über der Matrize 116 liegt eine Grundplatte 118 aus Silicon.

zylindrischen Körper 89 ist von der dem Venturiteil 93 abgewandten Seite aus ein divergierendes, trichterförmiges Teil 96 eingeschraubt. Zwischen dem Ringglied 92 und dem Vcntdriteil 93 dient eine ringförmige Öffnung 97 /um Sprühen von Kunststoff w ie Harz zum Beschichten der geschnittenen Fäden 38 angeordnet. Die öffnung 97 steht mit einer Harzkammer 98 im zylindrischen Körper 89 in Verbindung, in die bei 99 ein Harzschlauch 102 mündet, der mit einer Harzquelle verbunden ist.

Zwischen dem Rsngtcil 92 und dem trichterförmigen Teil 96 befindet sich zum Übertragen von Luft in die Beschichtungsdüse 86 beim Beschichten der geschnittenen Fäden 38 eine zweite ringförmige öffnung 103, die mit einer Luftkammer 104 im zylindrischen Körper 89 in Verbindung steht, in die bei 105 ein Luftschlauch 106 mündet, der mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht.

Eine Harz-Sprühdüse 107 (Fig.!) befindet sich an einer Halterung 108. die an der Stütze 46 befestigt ist und Mündungen 109 und 110 besitzt, die Luft bzw. Harz unter Druck zum Sprühen von Harz liefern. Bei diesem Ausführiingsbeispiel ergibt die Sprühdüse 107 bei einem Durchmesser von b.b mm einen Streuwinkcl von 100"C.

Die Druckluft wird durch ein Rohr 112 geliefert, das nut einer entsprechenden Quelle wie der Bctriebsdruck-Itiftanlage verbunden ist und auch mit der Beschichiiinijsdfisü 86 und der !iarz-Sprühdüsc 107 verbunden sein kann. Ein Luftdruck /wischen 5. b und 7 bar ist zum Ix/eugcn eines Vakuums in den Venturiteilen 93 zum ι GiysiiiViCn oder cincrrj anderen kieb'reier! NiUtCrIUl und verhindert so ein Kleben von Harz und Fasern an der Matrize 116.

Die F i g. 1 bis b zeigen die Vorrichtung 10 im Betrieb. Vorzugsweise sind die laden 38 mit drei bis fünf Prozent Kunststoff wie Epoxyharz imprägniert worden. Die l'ädcn 38 werden dann durch die Führungsansät/e 37 in den Führungsplalten 36. die an den Armen 34 befestigt sind, durch die Behälter 42 und 43 mit dem Schaumstoff 44. durch die Führungsplalten 82 und 83 und durch die Löcher im Querträger 47. die Öffnungen 84 und Führungen 85 in die Schneidvorrichtung 69 gezogen, wo sie

ϊο zwischen der zweiten Antriebsrolle 77 und der zweiten Leerlaufrolle 79 ergriffen w erden.

Die erste Matrize 116 ist an der runden Plattform 18 durch Halterungen 117 befestigt und die Grundplatte 118 üegt über dem Oberteil der Form. Die Schneid- und Beschichtungseinrichtungen 53 und 54 werden dann in die gewünschten Stellungen an der Achse 48 gebracht und dort durch Festziehen von Schrauben 58 zwischen der oberen und der unteren Hälfte 56 bzw. 57 der Spaltbüchse 55 jeder Einrichtung geklemmt.

w) Die Einrichtung 53 beaufschlagt praktisch alle Randfasern 119 auf der Matrize 116 in einem strahlenförmigen Bereich, der von um 20' geneigten und senkrecht zu den Radien RPdcr runden Plattform 18 sowie tangential zu Querschnittsbogen des noch herzustellenden ge-

b5 krümmten Körpers verlaufenden Linien begrenzt wird. Die Einrichtung 54 beaufschlagt praktisch alle radialen Fasern 122 auf der Matrize 116 in einem strahlenförmigen Bereich von ±20 der Radien RPdcr Plattform, die

praktisch dieselben wie die Radien der Krümmung RC des gekrümmten Körpers sind, der mit dieser Vorrichtung hergestellt werden soll.

Im Betrieb der Vorrichtung 10 wird durch eine Steuervorrichtung 115 die runde Plattform 18 mit einer gegebenen Geschwindigkeit gedreht, die im vorliegenden Fall zwischen 6 bi; 18 Umdr./min. beträgt. Es sollen bestimmte Teile des Körpers dicker als andere sein, was durch Verändern der Umlaufgeschwindigkeit der Plattform 18 erreicht wird.

Beispielsweise ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umlaufgeschwindigkeit der Plattform 18 im Bereich kurzer einander gegenüberliegender Abschnitte auf vier Zehntel der normalen Geschwindigkeit verringert, um verdickte Abschnitte an gegenüberliegenden Seiten des Körpers 127 zu erhalten.

Die Kolben-Zylinder 64 schwenken die Einrichtungen 53 und 54 um die Stifte 62, so daß die Fasern 119 und 122 in einem ringförmigen Band auf der Matrize 116 verteilt Schneidvorrichtung 69 /um Durchdringen der Ι',ιμίίι an der Form 116 angelassen worden ist.

Nach einer gewünschten Zahl von Umdrehungen der Plattform 18 wird automatisch die Plattform 18 angch.il-) ten und die Luft- und Harz/ufuhr zu den Beschiehtungsdüseii 86 oder /.u der Harzsprühdüse 107 abgeschälte!. Die Matrize 116 kann dann von der Plattform 18 durch Lösen der Halterungen 117 abgenommen und an eine andere Stelle zum Teilaushärten, Verformen, Kompnmieren und Trocknen des Vorformlings 123 gebracht werden. Gleichzeitig kann eine andere Matrize 116 auf die Plattform 18 und durch Halterungen 117 angebracht werden, wobei eine andere Grundplatte 118 über das Oberteil der Matrize 116 gebracht wird. Die Vorrichtung 10 kann dann durch Einschalten der Steuervorrichtung 115 betätigt werden, um das Verfahren des Aufbaucns eines anderen Vorformlings 123 /u wiederholen Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dauert der Auf bauzyklus etwa viereinhalb Minuten.

Maßgabe der gewünschten Größe des angestrebten Vorformlings. Bei dieser Ausführung wird die Einrichtung 53 zum Beaufschlagen eines Stromes tangentialer Fasern 119 um 7°, 35 min aus der Senkrechten geschwenkt. Das Schwenken wird von einem Nocken an der Plattform 18 und durch die Steuervorrichtung 115 so geregelt, daß die Einrichtung 53 während eines Aufbauzyklus von 360° um 180° radial nach innen geschwenkt wird.

Die Einrichtung 54 zum Aufsprühen eines Stromes radialer Fasern 122 wird um 3°, 49 min aus der Senkrechten geschwenkt. Das Schwenken wird ebenfalls von einem Nocken an der Plattform 18 und durch die Steuervorrichtung 115 so geregelt, daß die Einrichtung 54 während eines Aufbauzyklus von 360° um 180° radial nach innen um 180° geschwenkt wird. Diese Schwenkfolgcn werden wiederholt bis der Aufbauzyklus beendet ist.

Die Geschwindigkeit, mit der die geschnittenen Fasern 119 und 122 durch die Beschichtungsdüsen 86 durchqueren ist durch die Geschwindigkeit der Schneidblattrolle 72 gegeben, die in diesem Fall mit einer Geschwindigkeit von 2200 L'>"ndr7min gedreht wird, was eine Fasergeschwindigkeit von 227 m/min ergibt. Bei dieser Vorrichtung können auch Fasergeschwindigkeiten von 132 bis 264 m/min erreicht werden.

Die Randfasern 119 werden in Längen von etwa 50 mm und die radialen Fasern 122 in Längen von etwa 100 mm geschnitten. Beim Drehen der runden Plattform 18 werden Lagen von Randfasern 119 und radialen Fasern 122 auf die Grundplatte 118 gelegt, was dem in Fig. 7 dargestellten Vorformling 123 eine gegebene Dicke gibt. Beim vorliegenden Beispiel wird die Plattform 18 mit 27 bis 81 Umdr7min gedreht, um die gewünschte Dicke zu erhalten. Die Umdrehungszahl der Plattform 18 kann jedoch so eingestellt werden, daß man verschiedene Dicken des Vorformlings 123 erhält. Auch kann der Winkel, in dem die Einrichtungen 53 und 54 geschwenkt werden, so eingestellt werden, daß verschiedene Weiten des Vorformlings 23 erhalten werden.

Die Randfasern 119 und die radialen Fasern 122 können in den Beschichtungsdüsen 86 mit einer geringeren Menge von Harz beschichtet werden. Wie F i g. 1 zeigt, wird durch die Sprühdüse 107 Harz auf die geschnittenen Fasern gesprüht, nachdem diese auf der Matrize 116 abgelegt worden sind. Die Sprühdüse 107 wird zum Sprühen des Harzes auf die Fasern 119 und 12? um eine halbe Drehung der Plattform 18 gedreht, nachdem die die Fig. 7 und 8 zeigen, in die horizontale Lage nach F i g. 8 gebracht. Der Vorformling 123 wird für vier bis vierundzwanzig Stunden in einen entsprechenden Einschluß 130 bei einer Temperatur von 27"C± 1° in dieser Stellung gehalten, während der Vorformling 123 teilweise erhärtet, was die Behandlung ohne Beschädigungen erleichtert. Der Einschluß 130 kann ein isolierter Behälter oder ein Raum sein, in dem Menschen laufen und mit dem Vorformling 123 arbeiten. In jedem Fall wird eine Heizeinrichtung mit entsprechenden Temperatursteuerungen zum Halten der gewünschten Temperaturen zum Teilerhärten des Harzes des Vorformlings 123 vorgesehen.

Eine zweite Matrize 124 mit einer Grundplatte 125 (Fig. 9 und 10) wird dann über den Vorformling 123 und die erste Matrize 116 nach F i g. 11 gebracht. Die zweite Matrize 124 besitzt einen Ring 126 mit einer Kontur, die sich stark der End-lnnenform des Körpers 127 nach Fig. 17 nähert. Der Zusammenbau mit der ersten Matrize 116. dem Vorformling 123 und der zweiten Matrize 124(Fi g. H) wird dann in die Lage nach Fig. 12 umgekehrt. Die erste Matrize 116 wird dann von d τ zweiten Matrize 124 abgenommen werden (Fig. 13). und eine dritte Matrize 128(F ig. 14) wird an die Stelle der Matrize 116 gesetzt, um die Vorausbildung weiter zusammenzudrücken. Die dritte Matrize 128 (Fig. 14) besitzt einen ringförmigen Hohlraum 129 mit einer Kontur, die praktisch dieselbe wie die Außenkontur des Körpers 127 (F ig. 17) ist.

Der Zusammenbau mit der dritten Matrize 128, die auf der Grundplatte 118 liegt, mit dem Vorformling 123 auf der zweiten Matrize 124 und die Grundplatte 125 wird dann in die Lage nach Fig. 15 umgekehrt. Die dritte Matrize 128 und die zweite Matrize 124 werden auf eine Fläche, z. B. einen Tisch 123 gelegt und eine Presse oder ein Gewicht wie eine Platte 133 wird auf das Oberteil der zweiten Matrize 124 gelegt, um einen gleichmäßigen Druck auf den Vorformling 123 zu erzeugen, wobei etwas von der Mischung von der radialen Außenkante 134 des Vorformlings 123 und der radialen Innenkante 135 zu dem Zwischenteil 136 gelangt und dort nach dem Formen einen kompakten, stabilen Aufbau ergibt. Dieses Formen geschieht unter bestimmten Bedingungen in kurzer Zeit. Bei einem bevorzugten Beispiel wird der Vorformling 123 zwischen der dritten ' latrize 128 und der zweiten Matrize 124 für eine Dauer von etwa einer viertel Stunde bei einer Temperatur von 27°C± TC gehalten, während der das Harz, in der Vor-

ZO

g teilerhartet.

Nach dem Komprimieren. Formen und Teilcrhärten in Zustand nach Fig. 15 kann der Vorformling 123 von der zweiten Matrize 124, der dritten Matrize 128 und den Grundplatten 118 und 125 abgenommen werden. Dann wird der Vorformling 123 in einem Ofen 137 zum Erweichen des Materials vorgewärmt und in eine noch /u beschreibende Form 138 (Fig. 17) gegeben, deren Konturen er nunmehr entspricht. Auch werden die Innentemperaturen des Vorfcrmlings 123 so vergrößert, daß sie eine gleichmäßigere Härtung ergeben, so daß nicht die ganze Härlewärme über die Oberfläche der Form 138 auf den Vorformling 123 übertragen werden muß. Der Ofen 137 ist ein Mikrowellenofen zum Aufheizen auf eine Temperatur zwischen 66 und 7TC an dem Teil des Vorformiings 123. der die größere Dicke aufweist. Diese wird in einer Zeit von einer bis eineinhalb Minuten erreicht.

Der Abschnitt 139 des so gebildeten Körpers 127 an

In jeden der Abschnitte 153 und 154 können jeweils mit einer Grundplatte 159 versehene halbkreisförmige zweite Matrizen 158 (F i g. 20 und 21) gebracht werden. Jede zweite Matrize 158 besitzt einen gekrümmten Vorsprung 161, mit etwa derselben Ausführung wie die Innenfläche des gekrümmten Körpers 146 nach dem Formen, der sich in den ringförmigen Hohlraum 150 erstreckt und gegen die Grundplatte 159 Druck ausübt. um den Vorformling 157 in die Form nach F i s. 22 zu ίο bringen.

Der Zusammenbau mit der ersten Matrize 148, mit dem Vorformling 157 und mit den zweiten halbkreisförmigen Matrizen 158 für beide Abschnitte 153 und 154 wird dann in den Zustand nach F i g. 23 umgekehrt. Die erste Matrize 148 wird dann entfernt, wobei jeder Vorformling 157 durch die Grundplatte 149 abgedeckt ge lassen wird, der zum Trennen der Vorformlinge 157 aus zwei Teilen bestehen kann.

Da die Herstcllungsweisen der Vorformlinge 157

als der Abschnitt 140 an der rechten Seite. Auch solche untcrschiedlk'-ien Dicken des Körpers 127 können durch das vorbeschriebene Verfahren hergestellt werden. Die größere Dicke an der rechten Seite wird durch Abnahme der Weite des Ringes 126 der zweiten Form 124 erreicht, was in F i g. 9 beispielhaft mit 141 und 142 dargestellt ist (Fig. 17 zeigt einen Schnitt in verschiedenen radialen Ebenen).

Die Form 138 besitzt einen oberen und einen unteren Abschnitt 143,144 und kann zwerks Erwärmung Durchgänge 145 für Medien wie Dampf aufweisen. Der Körper 127. der sich durch das Verfahren ergibt, wird bei einer Oberflächentemperatur von 150°C±5°C und einem Hochdruck gehalten, bevor er abgenommen werden und abkühlen kann. Nach dem Abnehmen des gehärteten Körpers 127 aus der Form 138 kann er durch Schnitte im Bereich der dicken Abschnitte 140 in zwei halbkreisförmige Teile geschnitten werden. Durch entsprechende Befestigungsmittel kann er dann auf eine Felge zum Tragen eines Reifens im drucklosen Zustand montiert werden. Bei dieser Ausführung besitzt der gekrümmte Körper 127 einen U-förmigen Querschnitt, kann aber auch mit anderen, z. B. mit runden oder Segmentquerschnittsformen durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung hergestellt werden.

Die Fig. 18 bis 30 zeigen eine abgeänderte Vorrichtung zum Herstellen eines halbkreisförmigen gekrümmten Körpers 146 (Fig. 29, 31) aus verstärktem Kunststoff mit U-förmigem Querschnitt und mit geschlossenen Enden 147 (Fig.31). Bei dieser Ausführung wird eine erste ringförmige Matrize 148 durch z. B. Klammern auf der Plattform 18 angebracht. Auf der ersten Matrize 148 liegt eine Grundplatte 149. die ein Kleben der Fasern an der Matrize 148 verhindert. Die erste Matrize 148 besitzt einen ringförmigen Hohlraum 150, der durch Unterteilungen 155 und 156 (F ig. 18), die sich über einen Bereich von ca. 180° erstrecken und abgerundet sind, in zwei Abschnitte 153 und 154 unterteilt ist. An der Oberseite der Grundplatte 149 wird in jedem der Abschnitte 153 und 154 durch die Vorrichtung 10 ein Vorformling 157 aus Randfasern 119' und Radialfasern 122' aufgebaut. Nachdem die Vorrichtung 10 angehalten worden ist. kann die erste Matrize 148 von der Plattform 18 nach Lösen der Klammern 117' abgenommen werden. Wie Fig. 19 zeigt, wird der Vorformling 157 in einem Einschluß 130' gehalten und dann über eine Dauer von vier bis vierundzwanzig Stunden bei einer Temperatur von 27°C ± 1 °C ausgehärtet.

Vorformiings 157 beschrieben. Eine halbrunde dritte Matrize 164 ',Fig. 25 und 26) mit einem gekrümmten Hohlraum 165 mit geschlossenen Enden 166 und 167, wird auf den Vorformling 157 und die Grundplatte 149

2j gesetzt (F i g. 27). Dieser Zusammenbau wird dann in die Lage nach. Fig. 28 umgekehrt und durch eine Presse oder zwischen eine Fläche, wie einen Tisch 168, auf dem die dritte Matrize 164 liegt, und einem Gewicht, wie die Platte 169, die auf der zweiten Matrize 158 liegt, zusammengedrückt.

In dieser Position befinden sich die radialen Außenkanten 172 und radialen Innenkanten 173 des gekrümmten Körpers 146 bzw. des Vorformiings 157 in angehobenem Zustand (F i g. 28). Die Vorausbildung wird dann im Einschluß 130' bei einer Temperatur von 27°C± 1°C für achtundvierzig Stunden teilgehärtet. Dabei fließt das Harz von den radialen Außenkanten 172 und den radialen Innenkanten 173 zu einem Mittelbereich 174 des Vorformiings 157.

Der teilgehärtete, komprmierte. geformte und getrocknete Vorformling 157 kann dann aus dem Einschluß 130' herausgenommen und in einem Ofen, wie er in F i g. 16 gezeigt wird, vorgewärmt werden, um danach in einer Form 175 mit einem zusammenpassende"¹ oberen und unteren Teil 176 bzw. 177 eingesetzt und geformt zu werden (F ig. 30).

Die Form 175 weist am unteren Teil 177 eine halbrunde Rippe 178 und am oberen Teil 176 einen halbrunden Hohlraum 179 auf, zwischen denen der gekrümmte Körper 146 mit geschlossenen Enden 147 unter Druck und bei einer Temperatur von 155°C ±5°C für eine Dauer, die zum Erzeugen des gekrümmten Körpers ausreicht, geformt wird.

Es können zwei dieser gekrümmten Körper 146 um die Felge 182 eines Reifens 183 herum zusammengeschraubt werden (Fig.31). Im drucklosen Zustand des Reifens 183 wird dessen Laufflächenteil 184 von den gekrümmten Körpern 146 gestützt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausbilden eines gekrümmten, faserverstärkten Kunststoffkörpers (127, 146). mit s den Verfahrensschritten:

— eine Vorausbildungs-Matrize (116,148) wird auf einem horizontalen, um seine Vertikal-Achse drehbaren Träger (18) einer Vorrichtung (10) befestigt,

— von Spulen (35) abgezogene Fäden werden geschnitten und von einem den Faserschnitt dispergierenden Luftstrom auf die sich drehende Matrize (116,148) aufgebracht. ι.

— die Fasern werden mit Bindemittel benetzt.

— nach Erreichen einer ausreichenden Dicke der Faserschicht wird die Matrize (116, 148) mit dem so gebildeten Vorformling (123, 157) der Vorrichiung(10)entnommen,

— der Vorformling (123, 157) wird in einen Heizöl eil yi-jf f /ϋΓΠ ι CiiütiSiiüriCu cingCufäCui.

— der Vorformling (123, 157) wird in eine Preß-Form(138,175) eingelegi. wo ein Aufheizen und Aushärtendes Bindemittels stattfindet. >ί

gekennzeichnet durch

— zweifaches Benetzen des Faserschnittes in der Vorrichtung (10) und zwar eine erste leichte Benetzung des Faserschnittes vor Eintritt in den dispcr^ spenden Luftstrom und zweites Benetzen durch Aufbringen von Kunststoff-Bindemittel direkt auf die bereits auf die Matrize (116, 148) aufgebrachte Faserschichten, j5

— Ablegen der Fasern entsprechend der Matrizenform in zwei unterschiedliche Richtungen und zwar in einer ersten radialen Richtung (Radialfasern 122) und in tangcntialer Richtung (Randfasern 119) an den Rand/.onen.

— nach Entnahme der Matrize mit der Vorausbildiing aus der Vorrichtung (10). Auflegen einer /weiten, eine dem Endprodukt angenäherte Form aufweisenden Matrize (124, 158) auf die Vorausbildung und leichics Zusammenpressen 4> der beiden Matrizen(116, 148; 124,158).

— Umkehren des Verbundes erste Matrize — Vorauxbildung — /weite Matrize, so daß die erste Matrize (116,148) zuoberst liegt.

— Abheben der ersten Matrize (116, 148) von der v\ Vorausbildung.

— Aufsetzen einer dritten Matrize (128, 164). die im wesentlichen gleich der Endform des Kunüstoffkörpers (127, 146) ist und festes Zusammenpressen mit der zweiten Matrize (124, 158) gegeneinander, wobei überschüssiger Kunststoff bzw. Bindemittel radial nach innen entweichen kann und gleichzeitiges Teilaushärten des Bindemittels.

— Abnehmen der beiden Matrizen vom Vorform- mi ling (123, 157).

Einbringen des Vorformling (123, 157) in einen Mikrowellenofen (I 37) /um inneren Erweichen ilcs Materials des Vorformlings. ti ml

— /iisiil/liches Aufwärmen und Aushärten nach μ Einbringen in die Preß-Form(138, 175).

2. Vei'hihren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß zwecks leichteren Entfcrnens der Matrizen von der Vorausbildung jeweils eine folienähnliche Grundplatte (118. 125; 149, 159) in die Matrize eingelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlich ausgerichteten Fasern unterschiedliche liingcn aulweisen.

4. Verfahren nach Anspruch j. dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Fasern (122) laif eine größere Länge geschnitten sind als die Randfastni (119).

5. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (Bindemittel) ein Härtemittel zum Teilhärten des Kunststoffs nach dem Beschichten der Fasern enthält und daß die Temperatur der Vorausbildung geregelt wird, um die Teilhärtung nach dem Abnehmen der Form vom Träger (18) zu erhalten.

6. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck einer einseilig verlagerten Dicken-Verteilung sich der Träger (18) mit ungleichförmiger Geschwindigkeit dreht.

7. verlaufen nücii AnspfüCn ι, uauüTCii gekennzeichnet, daß die einen U-förmigen Querschnitt aufweisende Vorausbildung zwischen der zweiten und dritten Matrize (133, 134; 172, 173) so weit zusammengepreßt wird, daß die Matrizen noch geringfügig voneinander abgeschoben sine*, und in einem Einschluß teilausgehärtet wird (F i g. 15.28).

8. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Randfasern (119) und der Radialfasern (122) aus Glasfasergespinst geschnitten werden, welches mit drei bis fünf Gewichtsprozent Kunststoff imprägniert worden ist.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß je nach Komplexität des Vorformlings mehr oder weniger als drei Vorausbildungsmatrizen verwendet werden.

10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch I. mit

— einen¹ horizontalen Träger (18) der um eine Vertikal-Achse (X-X) drehbar ist. zum Befestigen einer Matrize (116,148).

— einer Halterung (28) zur Aufnahme von l-'aserspulen(28).

— einer Faser-Schneide-Einrichtung (69).

— eine Dispergiercinrichlung (69, 103,104) und

— mindestens einer Sprüheinrichtung (105), die Kunststoff/Bindemittel auf die dispcrgicrten Fasern aufsprüht.

dadurch gekennzeichnet.

daß die Dispergiercinrichtung(69, 103, 104) eine He Schichtungsdüse (86) ist. welche zusammengesetzt ist aus einem Venturiteil (93) zum Einbringen der geschnittenen Fasern, einem zweiten Venturiteil (Ringglied 92) zum Einbringen von flüssigem Bindemittel und einem dritten Teil (69) mit einem oberen Venturiteil (103) zum Einbringen von Druckluit und einem unteren divergierenden Öffnungsteil (96) /um Dispergieren der mit Bindemittel angereicherien 1 .1 sein.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10. dadurch μι· kennzeichnet, dall der Ί rager (18) mil einer mi.in clerbar geregelten Geschwindigkeit in einer gegebenen Stellung während semer I hmlrehiing anircibhar ist. um die Dicke der Vorausbildiiug .in diese: Stelle

durch Verringern der Drehgeschwindigkeit zu vergrößern oder durch Erhöhen der Drehgeschwindigkeit zu verringern.

Zum Herstellen von gekrümmten, faserverstärkten Kunststoffkörpern ist es bekunnt. die Kunststoffkörper auf Matrizen zu bilden, die auf einem um seine Vertikal- to Achse drehbaren Träger befestigt sind, wobei die Kunststoffkörper durch das Aufbringen von Verstärkungsfi-sern und Bindemittel während des Drehens der Matrizen gebildet werden.

Dabei werden gemäß US-PS 31 70 197 endlose Glasfäden von einer Spule abgezogen, in einer Schneideinrichtung geschnitten und die so erzeugten Fasern durch Aufsprühen mittels eines Düsenringes auf die Matrize verteilt, und zwar unter gleichzeitigem seitlichen Aufsprühen von Bindemittel, mittels dessen die Fasern benetzt und auf der Matrize gebunden werden sollen (vgl. F ig. 7).

Beim bekannten Verfahren ist die Matrize perforiert, wobei unterhalb der Matrize ein Vakuum erzeugt wird, mit dem beim Beginn des Aufsprühens die Zuführung der Fasern zur Matrize unterstützt werden soll.

Wenn eine ausreichende Dicke der aufgebrachten Schicht erreicht worden ist. wird die Matrize aus der Vorrichtung ausgebracht und in einen Heizofen eingebracht, wo ein Aushärten und Verbinden der Fasern jo vorgenommen wird. Der ausgehärtete Vorformling wird von der Matrize abgenommen und in eine Presse gelegt, wo er mit einer ausreichenden Menge von Harz getränkt und in seine endgültige Form gepreßt wird und aushärtet.

Bei dem bekannten Verfahren ist die Benetzung der Fasern unkontrolliert und deshalb problematisch, so daß nicht auszuschließen ist.daß Fasern in gegenseitiger Anlage geraten, ohne gegenseitig im Bindemittel eingebettet zu sein. Außerdem können durch das bekannte Verfahren nur einfache Formkörper hergestellt werden, welche keine zonenmäßigen oder den Verlauf von Kraftlinien berücksichtigende Verstärkungen aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zum Ausbilden eines gekrümmten, faserverstärkten Kunststoffkörpers so weiterzubilden, daß bei optimaler Benetzung und gegenseitiger Einbettung der Fasern komplexe Formteile mit Zonen oder sirukturförmigen Verstärkungen hergestellt werden -,0 kennen. Diese Aufgabe \v/rd durch die im Anspruch I enthaltenen Merkmale gelöst.

Heim erfiiidungsgemaßen Verfahren findet eine Ersthenel/ung des Faserschnittes innerhalb der Bcschichlungsdüse stall, wo eine allseitige, intensive Benetzung erlolgt. Hierdurch ist gewährleistet, daß schon während des Aiifspruhcns in gegenseitigen Kontakt miteinander geratende Fasern satt in das Kunststoffbindemittel einyebettet werden. Zudem findet eine zweite Benetzung durch Aufbringen einer größeren Kunststoff- bzw. Bin- w) demittelmengc statt, und /war durch Aufsprühen durch Düsen auf die bereits auf die Matrize aufgelegten Faserschichten. Hierdurch kann bei intensiver Benetzung das gesamte, für den Vorformling notwendige Binde- bzw. Auslii^:!material auf die Mairi/e aufgebracht werden. Ei- t>~> ;ic spatere Zugabe ν·>η Bindematerial, w ic es bei dem bekannten Verl.ihren der lall ist. kann entfallen.

Vim wesentlicher Hcutiilung ist beim erfindungsgemaßen Verfahren, daß die geschnittenen Fasern entsprechend der Matrizenform in zwei unterschiedlichen Richtungen, nämlich in radialer und in tangeniialer Richtung, abgelegt werden. Hierdurch lassen sich zonen- bzw. strukturförmige Verstärkungen und insbesondere gekrümmte Kunststoffkörper mit C-förmigcm Querschnitt verwirklichen, wobei die Verstärkung durch die radialen Fasern im gekrümmten Bereich und tangentialen Fasern (Randfasern) entlang des äußeren und/oder inneren Randes gewährleistet ist.

Die komplexe Formgebung läßt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die im Kennzeichen angegebene schrittweise Ausbildung in drei Matrizen verwirklichen, wodurch ein stufenweises Annähern an die Endform ohne die Gefahr von Quetschungen oder Störungen des Faseraufbaus vorgenommen wird. Die Anzahl der zu benutzenden Matrizen ist dabei abhängig vom Schwierigkeitsgrad der Form des zu bildenden Kunststoffkörpers.

Die Vorrichtung nach Anspruch 10 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens "-nfaßt eine Besdüse welche in vertikaler

nir σ^κρ-

hen, zusammengesetzt ist aus einem ersten Venturiteil zum Einbringen der geschnittenen Faser, ein als zweites Venturiteil ausgebildetes Ringglied zum Einbringen von flüssigem Bindemittel zum Faserschnitt und ein drittes Teil, welches einen oberen Venturiteil zum Einbringen von Druckluft und einen unteren, divergierenden Öffnungsteil zum Dispergieren der mit dem Bindemittel angereicherten Fasern aufweist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu einer kompakten Beschichtungsdüse. in der auch !anggeschnittene Fasern ohne Verstopfungen zugeführt, benetzt und dispergicrt ausgebracht werden können. Die Benetzung innerhalb der Bcschichtungsdüsc ist deshalb optimal, weil aufgrund der durch die Venturiteile hervorgerufenen Strömungsturbulenzen eine intensive, insbesondere allseitige Vermischung des Bindemittels mit den Fasern erfolgt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgcniäß ausgestaltete Vorrichtung zum Herstellen eines gekrümmten Körpers als erstes Ausführungsbeispiel durch Aufbringen von Verstärkungs-Fasern und Kunststoff auf eine rotierende Matrize, in der Vorderansicht:

F i g. 2 die Vorrichtung nach i i g. 1, in der Scitenansieht bei der einige Teile weggelassen sind;

F i g. J eine Ansicht der Vorrichtung in der Ebene der Linie i-3 in Fi g. 2:

Fig.4 eine vergrößerte Teilansieht einer Schneide-, Besch'chtungs- und Regelrichtung für die Fasern, wobei bestimmte Teile zum Darstellen des Antriebsmechanismus weggelassen worden sind;

Fi g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in F i g. 4:

F i g. b einen Schnitt nach der Linie 6-b in F i g. 5;

F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Vorformling:

F i g. 8 einen TeiLchnitt in der Ebene der Linie 8-8 in F i g. 7 mit ci.ier ersten Matrize:

F i g. 9 eine Draufsicht auf eine ringförmige zweite Matrize zur Bildung des Vorformlings:

F i g. 10 einen Teilschnitt in der Ebene der Linie 10-10 in Fig. 9;

I' i g. I I einen Tcilsthnitt ähnlich dem nach F i g. 8 mit der /w eilen Matrize aiii der ersten:

I·'i μ. 12 einen der Fi g. Il ähnlichen Teilschniti. wobei