DE2717750A1

DE2717750A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profilen mit hochfrequenzbeheizung

Info

Publication number: DE2717750A1
Application number: DE19772717750
Authority: DE
Inventors: Georges Chiron
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1976-04-21
Filing date: 1977-04-21
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FI771227A; FR2348811A1; IT1072838B; LU77169A1; JPS52129771A; NL7704295A; FR2348811B1; CA1073533A; NO771361L; SE7704474L; DK174377A; US4147488A; CH617885A5; BE853773A; ES458047A1

Description

Herne 1, Wirt» München 40,

FrelllgrathstraBe 19 _n| . . ρ .. _R , Eise.,acher StraBe 17

Postfach.mo uipi.-ing. κ. n. Daiir pai-An*. B«ui«_r

P.L-Anw. Hwmunn-TreiilepoM Qinl -PhVS. EdU8rd Βθ&ΙθΓ Fernsprecher: 36 3011

Fernsprecher: 51013 ft 38 3012

⁸¹⁰¹⁴ Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohl »30«

Telegrammanschrift: Tclegrammanschrlft:

Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Babetzpat München

Telex 08229853 Telex 5215360

|- -| Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank München 952 Dresdner Bank AQ Herne 7-520 Postscheckkonto Dortmund 558 68-467

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München

Saint-Gobain Industries 62, Bd. Victor Hugo, F-92209 Neuilly-sur-Seine

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilen mit Hochfrequenzbeheizung

Die Erfindung bezieht sich auf das kontinuierliche Herstellen von Profilen beliebiger Gestalt aus thermohärtbaren Kunstharzen, die mit Mineralfasern in Form von kontinuierlichen, gezwirnten oder ungezwirnten Fäden, Geweben oder Matten verstärkt sind, wobei diese Fäden, Matten oder Gewebe kombiniert sein können. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Profile sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, derartige Profile durch die Formgebung in einer Formdüse und durch äußere Beheizung dieser Formdüsen durch ein heißes Fluid oder durch einen elektrischen Widerstand vorzunehmen, mit denen es möglicht ist, die Formdüse auf eine Temperatur zu bringen, welche die Polymerisation des Harzes gewährleistet. Wenn die Wärmezufuhr durch Kontakt geschieht, so hat dies zur Folge, daß die Polymerisation der äußeren Flächen des

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Profiles vor derjenigen des Kernes oder der Seele erfolgt, so daß die Gefahr von inneren Rißbildungen auftritt. Diese äußere Beheizung der Formdüse ermöglicht es somit nur, mit geringer Geschwindigkeit zu arbeiten, ober aber sie führt zur Verwendung von sehr langen Formdüsen.

Es ist weiterhin bekannt, eine Beheizung mit dielektrischen Verlusten mit Hochfrequenzströmen vorzunehmen, so daß es möglich ist, den Kern oder die Seele zu erwärmen und die Polymerisation gleichzeitig über den gesamten Querschnitt des mit Harz gesättigten Materials einzuleiten, wobei die vorstehend angegebenen Gefahren beseitigt werden.

Die zur Anwendung kommenden hohen Frequenzen machen jedoch die Verwendung von nicht metallischen Formdüsen erforderlich, die aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten hergestellt sind, so daß man vorzugsweise Polytetrafluoräthylen oder PTFE verwendet, jedoch weist dieses Material den Nachteil auf, daß es sich sehr rasch an der Oberfläche abnutzt, was die Abmessungen der Formdüsen verändert und es nicht ermöglicht, die Stabilität der Abmessungen der Profile aufrecht zu erhalten.

Man hat weiterhin bereits daran gedacht, bei der Herstellung bestimmter Profile eine Reihe von aufeinanderfolgenden Formgebungen mit Hilfe von Walzrollen vorzunehmen, die gleichzeitig als Elektroden für die Hochfrequenzbeheizung dienen, was die Beschleunigung der Polymerisation des Harzes ermöglicht. Ein derartiges Verfahren gestattet aber nur die Abgabe von ziemlich kurzen Heizimpulsen; es eignet sich somit weder zur Herstellujg sämtlicher gewünschter Formen noch für größere Geschwindigkeiten bei der Herstellung.

t auch bereits bekannt, bei anderen Verfahren in zwei Etappen zu arbeiten:

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In einer ersten Etappe leitet eine dielektrische Heizung die Polymerisation des Harzes ein; eine gleichzeitige Formgebung kann gegebenenfalls durchgeführt werden. In diesem Falle besteht dann die im elektrischen Feld verwendete Formdüse aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten;

- In der zweiten Etappe hingegen wird eine endgültige Polymerisation vorgenommen; während der das zu polymerisierende Material eine aus Metall bestehende Formdüse durchsetzt, die nicht dem Einfluß des elektrischen Hochfrequenzfeldes ausgesetzt, aber in üblicher Weise von außen beheizt ist. Diese endgültige Polymerisation wird in bestimmten Fällen durch das Durchlaufen eines Ofens vervollständigt.

Die Formgebung und die endgültige Aushärtung, die in der zweiten Etappe vorgenommen werden, erfordern eine relativ lange metallische Formdüse, was aufgrund des relativ hohen Reibungskoeffizienten zwischen der Formdüse und dem das Profil bildenden Material Schwierigkeiten hervorruft. Darüber hinaus führt die Durchführung dieses Verfahrens zur Verwendung von teueren Formdüsen und einer wenig wirtschaftlichen doppelten Heizvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die Beseitigung der oben geschilderten Nachteile ermöglichen.

Genauer gesagt bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren auf das kontinuierliche Herstellen von Profilen aus thermohärtbaren Kunstharzen, die mit Glasfasern in Form von kontinuierlichen Fäden, Matten oder Geweben, kombiniert oder nicht kombiniert, verstärkt sind, bei dem das mit Harz imprägnierte Material aus Glasfasern eine Vorrichtung zur Formgebung mit einer Formdüse durchläuft

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und eine Beheizung durch dielektrische Verluste in einer Kammer erfolgt, wo ein elektrisches Hochfrequenzfeld zur Gewährleistung der Polymerisation des Harzes herrscht.

Das erfindungsgenäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das imprägnierte Material ein elektrisches Feld mit einem Maximalwert im stromaufwärtigen Bereich der Kammer zur Hochfrequenzbeheizung durchläuft und daß es einer Aufeinanderfolge von kurzen Formgebungen während seiner Bahn durch das Innere der Kammer ausgesetzt ist, wobei das elektrische Feld zu den Zeitpunkten der jeweiligen Formgebungsabläufe reduziert oder abgeleitet ist.

Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Verfahren auf dem einschlägigen Gebiet werden sämtliche Etappen der Einleitung der Polymerisation, der Formgebung und der endgültigen Aushärtung des imprägnierten Materials im Inneren der dielektrischen Heizkammer vorgenommen, ohne daß es erforderlich ist, Formdüsen aus PTFE zu verwenden.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die vorherigen Etappen in einer Hochfrequenzheizkammer durchgeführt, die aus einer offenen Resonanzleitung besteht. Diese Leitung wird so versorgt, daß ein Maximum der Spannung der stationären Welle sich im stromaufwärtigen Bereich der Heizkammer befindet. Vorzugsweise schwingt die offene Resonanzleitung in der Nähe von einer Viertel-Wellenlänge.

Der Umstand, daß die Einleitung der Polymerisation, die Formgebung und die endgültige Aushärtung des Materiales kontinuierlich in einer Hochfrequenzheizkammer erfolgen, die ausreichende Länge besitzt und die den vorstehend erläuterten Bedingungen entspricht, beseitigt jede Gefahr der Deformation des Materiales am Austritt aus der Kammer und weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß die bei den bekannten Verfahren vorgesehene Etappe zur endgültigen Formgebung entfällt.

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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung, mit der es möglich ist, ein derartiges Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Profilen durchzuführen.

Eine derartige Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Formgebungssystem mit mehreren kurzen Formdüsen , die im Inneren einer eine offene Resonanzleitung bildenden Hochfrequenzheizkammer verteilt angeordnet sind. Die Formdüsen können dabei ganz allgemein aus einem geeigneten abriebfesten Material bestehen, das eine ausreichend hohe mechanische Widerstandsfähigkeit besitzt; vorzugsweise bestehen sie aus einem geeigneten Metall, insbesondere einem Spezialstahl.

Gemäß einem besonderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung erfolgt die Reduzierung oder Ableitung des elektrischen Feldes auf der Höhe der metallischen Formdüsen unter Verwendung einer Heizkammer aus einer Aufeinanderfolge von Kondensatorelementen, die elektrisch über Verbindungsbrücken verbunden sind, wobei die aus Metall bestehenden kurzen Formdüsen jeweils zwischen zwei Kondensatorelementen auf der Höhe der Verbindungsbrücken angeordnet sind. Aufgrund dieser speziell gewählten Anordnung sind die metallischen Formdüsen dort in die Kammer eingesetzt, wo das elektrische Hochfrequenzfeld herrscht, ohne daß die Gefahr der elektrischen Entladung besteht.

Weiterhin besitzt eine derartige Anordnung den Vorteil, daß es für das imprägnierte Material möglich ist, die gesamte Anordnung der Hochfrequenzkammer getragen und geformt durch die aufeinanderfolgenden kurzen Formdüsen zu durchlaufen, ohne mit den Wänden der Kammer in Reibungseingriff zu kommen, welche gegebenenfalls in dem Raum zwischen den Formdüsen mit einem Isolator ausgekleidet ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Profil somit einem

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elektrischen Hochfrequenzfeld ausgesetzt, das in der Heizkammer gemäß dem generellen Profil einer Viertel-Wellenlängen-Schwingungsleitung abnimmt; das Feld macht eine Reihe von kurzen und wiederholten Störungen in den Zeitpunkten der verschiedenen Formgebungs-Arbeitsgänge durch die Reihe von metallischen Formdüsen durch, nimmt aber zwischen den jeweiligen Formdüsen wieder das von der Viertel-Wellenlängen-Leitung geprägte Profil an. Da die Formdüsen kurz sind, ist die Uvterbrechung der Heizung durch dielektrische Verluste im Inneren des Profiles, die aus der Ableitung des elektrischen Feldes resultiert, in der Tat sehr kurz. Es besteht daher nicht die Gefahr, daß sie die Polymerisationsreaktion verlangsamt. Man

mit

beabsichtigt, /Üen erfindungsgemäß vorgesehen kurzen Fonndüsen solche Formdüsen zur Verfügung zu haben, deren Länge ausreichend ist, um die vom Profil ausgeübten mechanischen Zugbeanspruchungen aufzunehmen und dabei die gewünschte Formgebung vorzunehmen, ohne daß aber die Gefahr der Störung der in der Kammer herrschenden stationären Welle besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Gesamtlänge der Heizkammer durch dielektrische Verluste in der Nähe der Viertel-Wellenlänge des Erregungsgenerators; es ist dann möglich, wenn man das Ende der Leitung, d.h. das stromabwärtige Ende der Kaxaiaer mit einer minimalen Spannung des Erregungsgenerators versorgt, eine erhöhte Hochfrequenzspannung am anderen Ende der Leitung zu erzielen. Da der Schwingungsbauch der stationären Welle dem Eintritt des imprägnierten Materiales in die mit dielektrischen Verlusten arbeitende Heizkammer entspricht, erhöht man dann sehr rasch die Temperatur des Materiales bis auf einen 'Jert, der die Einleitung der Polymerisationsreaktion ermöglicht. Danach verringert die Abnahme der Hochfrequenz spannung, d.h. des elektrischen Feldes.über die Länge der Leitung die dem Material zugeführte Energie, jedoch wird diese Verringerung ausgeglichen durch die Zufuhr von Energie aufgrund der exothermen Polymerisationsreaktionen. Die Überlagerung der beiden Phänomene

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ermöglicht es, die Polymerisationsreaktion aufrecht zu erhalten und am Ausgang der Heizkammer ein vollständig ausgehärtetes Profil zu erhalten. Bei einem vorgegebenen Harz genügt es somit, die Durchlaufgeschwindigkeit des Materiales in der Heizkammer zu bestimmen, um die günstigste Energiebilanz zu realisieren.

Es darf in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen werden, daß der starke Temperaturanstieg am Beginn der Bahn des Materiales in der Heizzone durch die Tatsache verstärkt wird, daß das nicht polymerisierte Harz gegenüber dem gehärteten Harz einen sehr großen Verlustfaktor £ tan <Γ auf v/eist. Dieser Faktor nimmt während der Vorwärtsbewegung des Materiales in der Hochfrequenzzone aufgrund seiner fortschreitenden Härtung ab.

Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß bei zu hohen Temperaturen die Gefahr besteht, daß Unregelmäßigkeiten im polymerisierten Harz hervorgerufen werden. Heiterhin verursacht die Verwendung sehr hoher Temperaturen dann zu hohe

Grenzflächenspannungen zwischen dem Glas und dem Harz. Da die durch die dielektrischen Verluste in dem Material freiwerdende Energie proportional zur Erregungsfrequenz ist, wird man somit diese Frequenz und damit die Länge der Kammer so wählen, daß man diese Effekte nicht hervorruft.

Die Verwendung einer Heizkammer, die als offene Resonanzleitung abgestimmt auf eine Viertel-Wellenlänge arbeitet, ermöglicht die Polymerisierung jede,s thermohärtbaren Harzes, das ausreichend hohe dielektrische Verluste aufweist. Für eine maximale Regulierung des Hochfrequenzfeldes,entsprechend der durch die Entladungen genetzten Grenze bedingt allein die Durchlaufgeschwindigkeit die Härtung am Ende der Leitung.

Da die Herstellung von Profilen aus Rentabilitätsgründen eine beträchtliche Geschwindigkeit erfordert, kann es von Bedeutung sein, die Länge der Leitung zu vergrößern. Obwohl eine Länge gleich einem Viertel der Wellenlänge ^- des Erregergenerators

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eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, ist es jedoch infolgedessen möglich, eine ausreichende Energiekompensation zu erzielen, wenn man eine Leitung zum Beispiel mit der Länge 3 ^-/4 verwendet und eine angepasste Durchlaufgeschwindigkeit des imprägnierten Materiales wählt.

Ganz allgemein stellt jede Kammer, die eine Resonanzleitung bildet und in der aus Metall bestehende kurze Formdüsen angeordnet sind, wobei das oszillierende elektrische Feld im wesentlichen im stromaufwärtigen Bereich der Kammer maximal ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, aber man kann selbstverständlich eine Kammer verwenden, deren Länge einen von λ/4 abweichenden Wert besitzt, was jedoch auf Kosten einer Abnahme des gesamten energetischen Wirkungsgrades und einer weniger guten Gleichmäßigkeit der Temperatur im .Material während der Polymerisation geht.

Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls vorgesehen, gegebenenfalls eine Modifizierung des Profiles der Veränderung des elektrischen Feldes über die Länge der Kammer dadurch vorzunehmen, daß der Versorgungspunkt der Leitung verschoben wird.

Versuche der Anmelderin haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren es ermöglicht, gegenüber den Verfahren, welche die Verwendung von in üblicher Weise beheizten langen metallischen

Formdüsen erfordern, oder gegenüber den Verfahren mit ι Hochfrequenzbeheizung unter Verwendung von Formdüsen aus PTFE folgende Vorteile zu erzielen:

- Verringerung der Kosten der Formdüsenanordnung;

- Die Möglichkeit der Herstellung von neuen Profilen, wobei diese komplizierte Querschnitte auf v/eisen können;

- Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Anlage, welche die Verlängerung der Dauer der Herstellungsperioden ohne Wechsel der

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Al

Formdüsen ermöglicht;
- Verbesserter energetischer Wirkungsgrad.

Der Bereich der verwendeten Hochfrequenzen liegt vorzugsweise ungefähr zwischen zehn und einhundert MHz. Es ist jedoch zweckmäßig / die für den industriellen Gebrauch vorgeschriebenen Frequenzen gemäß dem Frequenzverteilungsplan von Atlantic City zu verwenden, wobei sich unter diesen die nachstehend angegebenen Frequenzen für die Beheizung mit dielektrischen Verlusten verwenden lassen:

13,56 MHz + 0,05 %
27,12 MHz + 0,05 %
40,68 MHz + 0,05 %.

Die entsprechenden Wellenlängen sind ungefähr:

λ =; 22 m λ ^ 11 m λ a 7,4 m

Die Verwendung dieser Frequenzen ermöglicht es, die Probleme der Abschirnung zu vereinfachen.

Die an den Hochfrequenzgenerator angeschlossene Heizkammer stellt ganz allgemein einen Kondensator dar, den das Profil während der Polymerisation durchläuft. Der Kondensator kann, dem jeweiligen herzustellenden Profiltyp entsprechend, ganz verschiedene Formen aufweisen. In sämtlichen Fällen muß seine Kapazität es ermöglichen, die Resonanzgleichung zu erfüllen:

wobei L der Selbstinduktionskoeffizient der abgestimmten Selbstinduktion des Generators in Henry, C die Kapazität der Kammer in Farad und die Kreisfrequenz cO = 21Γ F mit F als Arbeitsfrequenz des Generators ist.

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Tatsächlich ist es so, daß die abgestimmte Selbstinduktion eines Hochfrequenzgenerators im allgemeinen einstellbar ist und eine gewisse Freiheit in der Wahl der Kapazität und der verschiedenen Formen der realisierbaren Kammern ermöglicht.

Die nachstehende Beschreibung bezieht auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, die selbstverständlich nicht einschränkend zu verstehen sind. Ferner sollen weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen angegeben v/erden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 und 2 Spannungs- und Temperaturdiagramme;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kammer;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Verbindungsbrücke zwischen den Kondensatorelementen mit geradlinigen Armaturen;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Teiles eines Kondensatorelementes;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Formdüse;

Fig. 7 und 8 perspektivische Darstellungen einer Formdüse

und eines Teiles eines Kondensatorelementes zur Herstellung offener Profile;

Fig. 9 einen Horizontalschnitt einer Kammer zur Herstellung von Hohlprofilen;

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Fig. 10 einen schematischen Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 11 eine detaillierte schematische Darstellung im Horizontalschnitt der Kammer und der Formdüse nach Fig. 10; und in

Fig. 12 und 13 Vertikalschnitte auf der Höhe der Markierungen XII-XII und XIII-XIII der Fig. 11.

In sämtlichen Fig. der Zeichnung sind selbstverständlich identische Bezugszeichen für die gleichen Elemente verwendet.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Kurve zeigt die Abnahme der Spannung in einer Heizkammer mit der Länge A/4, die vom stromabwärtigen Ende in Abhängigkeit vom Abstand bezüglich des Eintritts der Kammer versorgt ist. Fig. 2 zeigt in Abhängigkeit vom gleichen Abstand die Kurve bezüglich der Temperatur Θ, die von dem mit dem Harz imprägnierten Material bis zu seinem Austritt aus der Kammer in Form des Profiles P angenommen wird. ©_Q ist die Anfangstemperatur des Materiales, während Θ.. am Knickpunkt der Kurve der Minimaltemperatur entspricht, von der ab es möglich wird, die ibtymerisationsreaktion einzuleiten; Θ- hängt vom verwendeten Harz ab. Der Maximalwert ©₂ entspricht der Temperatur am Punkt maximaler Exothermie. In der Nähe dieses Punktes erreicht die durch die Polymerisationsreaktion freiwerdende Wärme ein Maximum.

Fig. 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Formgebung und dielektrischen Beheizung. Die Vorrichtung weist Formdüsen F₂, F, in einer Kammer C auf, die aus einer Aufeinanderfolge von Kondensatorelementen C₁, C_? und C- mit geradlinigen Armaturen besteht, die elektrisch über Verbindungsbrücken A₁ und A-aneinander angeschlossen sind. Die Formdüsen F„ und F₃ sind auf der Höhe der Verbindungsbrücken zwischen

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die Kondensatorelemente zwischengeschaltet. Diese Anordnung wird von dem imprägnierten Material durchlaufen, das zunächst eine Eintrittsdüse F stromaufwärts der Kammer durchsetzt und in Form eines Profiles P ,aus dem letzten Kondensatorelement C, austritt.

Die Verbindungsbrücken A₁ und A₂ bestehen aus steifen, vorz-ugsv/eise abgerundeten Metallteilen, welche die Formdüsen überbrücken und überspannen, wie sich auch aus Fig. 4 ergibt; die Breite _1 dieser Metallteile ist vorteilhafter Weise ebenso groß wie die Breite der von ihnen verbundenen Kondensatorelementen C₁, C„ und C₃, während der minimale Abstand d zwischen jedem Punkt einer Verbindungsbrücke und der aus Metall bestehenden Formdüse so groß sein muß, daß keine elektrische Entladung stattfindet. Die gesamte die Kammer C bildende Anordnung der Kondensatorelemente C₁, C₂, C₃ und der Verbindungsbrücken A.., A₂ bildet einen einzigen Kondensator, der zwei feste symmetrisch zur Formdüsenachse liegende Elektroden aufweist und der einer elektrischen Leitung mit ungefähr konstanter charakteristischer Impedanz vergleichbar ist.

Diese Kammer C aus Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Kupfer, Messing oder Aluminium bildet eine offene Leitung von der Länge λ/4, die in ihrem stromabwärtigen Bereich von einem Hochfrequenzgenerator G versorgt ist. Der Abstand d.¹ zwischen den Armaturen oder Mantelflächen der Kondensatorelemente C₁, C„ und C₃ definiert das elektrische Hochfrequenzfeld, dem das imprägnierte Material ausgesetzt ist, und muß daher einstellbar sein. Vorteilhafter-weise ist dieser Abstand d¹ so gering wie möglich, damit das Feld so groß wie möglich wird, um eine möglichst rasche Beheizung des Materials am Eintritt zu ermöglichen, wobei die an letzteres abgegebene Energie dem Quadrat der elektrischen Ilochfrequenzfeldstärke direkt proportional ist. Andererseits ist dieser Abstand d¹ nach unten durch die dielektrische Durchschlagsfestigkeit der Luft begrenzt. Sie hängt ferner von der Möglichkeit der Anpassung

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des verwendeten Hochfrequenzgenerators ab.

Die zwei aufeinanderfolgende Formdüsen trennende Entfernung muß so gewählt sein, daß keinerlei Deformation in dem Profil während der Formgebung auftritt. Andererseits stellt man fest, daß die Position der letzten Formdüse in der Heizkammer nicht beliebig ist; vielmehr ist sie mit der Position des oben angegebenen Punktes θ~ maximaler Exothermie verknüpft. Genauer gesagt ist es von Wichtigkeit, daß das Profil während seiner Formgebung dann auf diese letzte Formdüse trifft, wenn der Zustand des Harzes an der Oberfläche des Profils sich noch zwischen der Gelphase und der Härtungsphase befindet, wobei die Zustandsänderung des.Harzes in der Nähe des Punktes maximaler Exothermie erfolgt.

Um den Oberflächenzustand des Profiles zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die letzte Formdüse langer als die vorherigen Formdüsen ist, so daß an ihrem Austrittsende die Phase maximaler Exothermie beendet ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der in Pvede stehenden Anordnung kann die letzte Formdüse aber auch aus einem isolierenden abriebfesten Material mit mittleren dielektrischen Verlusten bei der Arbeitsfrequenz, zum Beispiel mit tan ο in der Größenordnung von 1 bis 1,5 χ 10 , bestehen, wie zum Beispiel bestimmten Keramiken. In diesem Falle ist es nicht mehr erforderlich, die Formdüse auf der Höhe einer Verbindungsbrücke anzuordnen.Eine zusätzliche Wärmezufuhr durch dielektrische Verluste in den keramischen Material wird dann auf der Höhe der letzten Formdüse bewirkt, welche die Rolle der Heizdüse spielt, was den Polymerisationsvorgang des Harzes an der Oberfläche des Profiles während seiner Formgebung beschleunigt.

Wie bereits angegeben, ist die IIF-Spannung am Eintritt der Heiz-

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kammer C sehr hoch, und es müssen unbedingt jeder Durchschlag, der die Arbeit stören könnte, und jede Gefahr von Entladungen vermieden werden, welche aufgrund der sehr großen Entflammbarkeit von Kunstharzen Brände hervorrufen könnten. Diese Nachteile werden dadurch beseitigt, daß man sämtliche scharfen Kanten an den die Kammer bildenden Elementen in VJegfall bringt und die Oberflächen maximal poliert. Um noch die Gefahr von Entladungen zu verringern, ist es möglich, die Oberflächen der Kammer zu isolieren, wie es in Fig. 5 angedeutet ist. Die Armaturen 1 und 1' jedes Kondensatorelementes sind innen mit einer Auskleidung oder Beschichtung 2 und 2' aus einem isolierenden Material mit geringen dielektrischen Verlusten, zum Beispiel mit einer Art PTFE versehen. Ferner ist eine Abdeckung 3, ebenfalls aus PTFE, mit öffnungen 4 vorgesehen, um eine Abgabe von Dämpfen des im Harz enthaltenen Lösungsmittels zu ermöglichen. Mit einer derartigen Anordnung können die Wirksamkeit der Heizung mit konstanter verbrauchter Leistung und infolgedessen die Vorschubgeschwindigkeit des mit Harz imprägnierten Materials gesteigert werden. Tatsächlich ist es so, daß die Anordnung mit der Auskleidung und der Abdeckung eine thermische Isolation darstellt, welche in beträchtlichem Maße die Verluste durch Ableitung und Konvektion verringert und somit die Abkühlung der Außenhaut des Profils während der Polymerisation durch Berührung mit der Luft vermeidet. Die Auskleidung 2 und 2' spielt somit eine doppelte Rolle: Sie vermeidet einerseits Entladungen, die sonst zwischen den Armaturen 1 und 1 ' der Kondensatorelemente entstehen können, und dient andererseits als thermischer Isolator. Die Dicke dieser Auskleidung muß so bemessen sein, daß ein ausreichendes Spiel zwischen dem Profil während seiner Formgebung und der Auskleidung besteht, um jegliche Verschmutzung und Abnutzung des PTFE durch Reibung zu vermeiden.

Die in Fig. 6 wiedergegebene Formdüse F₂ besteht aus einer Stahlplatte 5 mit einer kalibrierten öffnung 6, deren Querschnitt

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demjenigen des herzustellenden Profiles entspricht. Die Abmessungen der kalibrierten öffnungen verschiedener Formdüsen können identisch oder leicht abnehmend sein, um eine zu starke Abquetschung des Harzes zu verhindern. Eine Abschrägung oder Abrundung 7 weist den Vorteil auf, daß sie die äußere Oberfläche des Profiles nicht zerstört, wenn dieses auf die verschiedenen Formdüsen trifft. Letztere sind am Rahmen der Anordnung über Befestigungslöcher 8 befestigt und sind auf diese Weise an Masse gelegt. Es darf darauf hingewiesen werden, daß im Inneren der Kammer die verschiedenen Formdüsen die einzigen Abstützungspunkte für das Profil P bilden.

Um offene Profile mit speziellen Querschnitten, wie zum Beispiel U-förmige Profile zu erhalten, verwendet man eine Formdüse, deren öffnung 6 dieser Form entspricht (vgl. Fig. 7). Fig. 8 zeigt die Modifikationen, die in diesem Falle auf der Höhe der Kondensatorelemente C-, C-, C₃ vorgenommen werden. Man versieht die oben angegebene Abdeckung 3 mit einem zusätzlichen Teil 9, das aus dielektrischem Material besteht und eine Gegenform bildet. Die relative Dielektrizitätskonstante dieses Materials hat vorzugsweise einen ähnlichen Wert wie derjenige des Profiles während der Formgebung, um in einer senkrecht zur Achse der Kammer verlaufenden Ebene ein nahezu konstantes elektrisches Feld zu erhalten. Ein ausreichendes Spiel muß jedoch zwischen dem Profil und dem als Gegenform ausgebildeten zusätzlichen Teil 9 aus Gründen der Abnutzung durch Reibung verbleiben. Dieses als Gegenform ausgebildete zusätzliche Teil 9 kann in äquivalenter Weise an die Armaturen der Kondensatorelemente angeschlossen sein.

Das oben beschriebene System von Formdüsen zur Herstellung von Profilen in Stangenform lässt sich auch verwenden, um Hohlprofile herzustellen. Zu diesem Zweck wird in der Kammer C ein schwimmender Kern 10 angebracht, der durch die Achse der aus Metall bestehenden, hintereinander angeordneten Formdüsen

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hindurchgeht, wie es in Fig. 9 angedeutet ist.

Fig. 10 zeigt einen Vertikalschnitt einer Anlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Profilen aus thermohärtbarem Harz, das mit Rovings aus Glasfasern verstärkt ist.

Die Anlage nach Fig. 10 ist mit einer Abwickelvorrichtung 11 versehen, in der die Spulen 12 zur Versorgung mit Rovings 13 angeordnet sind. Diese Rovings treten in eine Führungsanordnung, wie zum Beispiel eine Platte 14 mit ösen oder öffnungen ein, die in aufeinanderfolgenden Linien und in gleichen Abständen angeordnet sind. An ihrem Austritt aus der mit ösen versehenen Platte 14 werden die Rovings einem Kamm 15 zugeführt, wobei jeder Zinken des Kammes eine Trennung der Rovings voneinander ermöglicht. Das auf diese Weise zwischen der mit ösen versehenen Platte und dem Kamm gebildete Bündel wird in zwei parallele Schichten zerlegt, und zwar mit Hilfe von zwei Metallrahmen 16 und 17, die von oben nach unten verschiebbar angeordnet sind.

Ein das Harz enthaltendes Imprägnierbad 18 ist zwischen der mit ösen versehenen Platte 14 und dem Kamm 15 unter den Metallrahmen 16 und 17 angeordnet. Die Verschiebung der beiden Metallrahmen nach unten ermöglicht das Eintauchen dem beiden Schichten aus Rovings in das Harzbad unter Aufrechterhaltung der Trennung des jeweiligen Rovings gegenüber den anderen, so daß auf diese Weise eine optimale Imprägnierung gewährleistet ist.

Vor dem als Trenneinrichtung wirkenden Kamm 15 ist ein aus zwei Kautschuklippen bestehendes Abstreichmesser oder Rakel 19 angeordnet, das ein erstes Abquetschen unter Beseitigung eines Teiles von überschüssigem Harz gewährleistet, das von den Rovings mitgenommen wird. Am Ausgang des Kammes 15 durchläuft die Schicht aus imprägnierten Rovings zwei Abquetschetagen 20

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und 21, die mit einfachen Abstreichmessern oder Rakeln versehen sind. Die Rovings werden in Form eines Stranges zusammengeführt, und zwar mit Hilfe eines Formwerkzeuges oder einer Formdüse F_Q, bei der es sich um eine Düse zur Vorformung handelt, welche die Formgebung des Rohlings des Profiles besorgt.

Das gesamte oben beschriebene Imprägniersystem lässt sich vorteilhafterweise durch das Injizieren von Harz auf der Höhe der Düse F_Q ersetzen. In diesem Falle werden das Einspritzen und das Vorformen gleichzeitig vorgenommen.

Der bei F_Q und F₁ vorgeformte Stab tritt dann in die Vorrichtung zur Formgebung und Polymerisation des Harzes ein. Diese Polymerisation wird durch Beheizung mit dielektrischen Verlusten unter Verwendung des HF-Stromes in der Kammer C durchgeführt, welche im wesentlichen eine Viertel-Wellenlängenleitung bildet. Diese von einem Hochfrequenzgenerator G erregte Kammer weist eine Aufeinanderfolge von planen und elektrisch verbundenen Kondensatorelementen C.., C-# C-, C. und C₅ auf. Die elektrischen Verbindungen von der Kammer zum Hochfrequenzgenerator G sind am stromabwärtigen Ende der Kammer auf der Austrittsseite des hergestellten Stranges oder Stabes P angeordnet. Zwischen den jeweiligen Kondensatorelementen sind die zur Formgebung dienenden Formdüsen oder Formwerkzeuge F,, F₃, F. und F₅ angeordnet. Das letzte Kondensatorelemente C₅ hat eine wesentlich größere Länge als die vorherigen Kondensatorelemente, um die der Stellung des letzten Formwerkzeuges F₅ entsprechenden Bedingungen zu berücksichtigen.

Ein Trog oder eine Rinne 22 fängt das überschüssige Harz auf, das auf der Höhe der Abquetschetagen und der Formdüse oder Formwerkzeuge abgegeben und ausgeschieden wird.

Die Anordnung der Kammer C und der Formwerkzeuge F₁, F_, F-, F₄ und F₅ ist an einem Rahmen 23 befestigt. Eine Vorrichtung 24 für

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kontinuierlichen Antrieb, zum Beispiel eine Vorrichtung mit Rollen, ist in einem gewissen Abstand von der Kammer C angeordnet und gewährleistet den Fertigungsfluß des hergestellten Stabes P. An diese Antriebsvorrichtung anschließend ist eine Schneidemaschine 25 mit einer Diamantsäge oder dergleichen angebracht, um die Zerteilung und Stückelung der Stäbe oder Profile auf gewünschte Länge vorzunehmen.

Wie aus der Detaildarstellung nach Fig. 11 und den Schnittdarstellungen nach Fig. 12 und 13 erkennbar, sind Isolatoren 26 zwischen den Rannen 23 und die isolierten Armaturen 1' der Kondensatorelemente zwischengeschaltet, wobei die Armaturen an die HF-Spannung vom HF-Generator G angeschlossen und miteinander über die Verbindungsbrücken A₁, A₂, A^ und A₄ verbunden sind. Zur Vereinfachung der Herstellung ist jede der anderen Armaturen 1 der Kondensatorelemente durch direkte Befestigung am Rahmen auf Masse gelegt.

Ein kapazitives Voltmeter 27 ist auf der Höhe des Kondensatorelementes C₁ an die Kammer C angeschlossen und ermöglicht die überwachung der HF-Spannung und infolgedessen der Erwärmung, die durch dielektrische Verluste während der Formgebung im Profil erzeugt wird.

Die anderen in Fig. 12 und 13 erkennbaren Elemente wurden bereits anhand der vorherigen Fig. der Zeichnungen erläutert und tragen die gleichen Bezugszeichen.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel einer Apparatur, wie sie anhand der Fig. 10 bis 13 angegeben wurde, zur Herstellung eines Stabes oder eines Profiles mit zylindrischem Querschnitt, bestehend aus einer Textilglasverstärkung und einem damit verbundenen Polyesterharz, näher erläutert werden.

Bei der Verstärkung handelt es sich um einen Roving und zwar einen

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sogenanntes Stratifil, d.h. einen Roving oder einen Glasseidenstrang, der aus 16 Spinnfäden von 160 Tex besteht, wobei jeder Spinnfaden seinerseits eine Vereinigung von 800 Filamenten mit ungefähr 10 um Durchmesser darstellt.

Die übliche Charakterisierung eines derartigen Produktes sieht folgendermaßen aus:

"Stratifil" EC 10 2560 P 25 (160)

wobei:

E = Art des Glases

C = Kontinuierliche Textilglasfaser 10 = Durchmesser des Einzelfilaments in Mikron 2560 = Titer (Feinheit des Rovings) in Tex (1 Tex =

1 g/1000 m)

(160) = Feinheit des Spinnfadens in Tex P 25 = Art der auf das Glas aufgebrachten Schlichte.

Die Anzahl von Rovings des "Stratifil" wird so gewählt, daß der Gewichtsanteil der Verstärkung im fertigen Produkt bei einem Stab oder einem Strang mit ungefähr 20 mm Durchmesser in der Größenordnung von 70 % liegt, wobei der prozentuale Anteil ungefähr 150 Vorgarnen aus Stratifil entspricht.

Ferner wird jeder Verstärkungsroving von einem Knäuel oder einer Spule abgenommen, die ungefähr 8 000 m "Stratifil" enthält.

Die gewichtsmäßige Zusammensetzung des Imprägnierharzes sieht folgendermaßen aus:

"Rhodester 1108" 100 Teile ) Polyesterharze

) von "Rhodester 1102" 15 Teile ) Rhone-Poulenc

Styrol 10 Teile

"Lucidol B 50" 2,3 Teile ) Katalysatoren (Peroxide

) von "Trigonox K 70" 0,4 Teile ) Nourylande

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Die 150 Rovings aus "Stratifil" aus der mit mehreren Etagen versehenen Abwickelvorrichtung 11, in der die 150 Spulen für Verstärkungen angeordnet sind, treten in die mit ösen versehene Platte 14 mit den Abmessungen 500 χ 300 mm ein, die 150 Ösen aufweist.

Am Austritt aus der mit ösen versehenen Platte 14 werden die Vorgarne dem Kamm 15 zugeführt, wobei jeder Zinken des Kammes die Trennung der Rovings voneinander ermöglicht. Die gesamte Imprägnierlänge im Imprägnierbad 18 beträgt ungefähr 1 m.

Am Austritt aus dem als Trenneinrichtung wirkenden Kamm werden die aus Fäden bestehenden Schichten in dem zur Vorformung dienenden Formwerkzeug F„ in Form eines zylindrischen Stranges mit einem Durchmesser von ungefähr 25 mm gesammelt. Der Abstand zwischen dem Kamm 15 und dem Formwerkzeug F_ beträgt ungefähr 2 m.

Die Formwerkzeuge oder Düsen einschließlich der Eintrittsdüse F- bestehen aus Platten aus halbhartem Stahl mit den Abmessungen 80 mm χ 80 mm χ 15 mm, die jeweils mit einem durchgehenden Loch versehen sind, welche folgende Durchmesser aufweisen: F₁ : 20,5 mm

F₂ : 20,3 mm

F₃ : 20,1 mm

F. und F₅ : 20 mm

Der Abstand zv/ischen einem Formwerkzeug bzw. einer Düse und der entsprechenden Verbindungsbrücke beträgt ungefähr 50 mm.

Die Armaturen der planen Kondensatorelemente bestehen aus Stangen aus Elektrolytkupfer mit dem Querschnitt 50 mm χ 3 mm. Die Längen dieser Kondensatorelemente haben folgende Werte:

C₁ = C₂ = C₃ = C₄ = 50 cm.

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Wenn die Wellenlänge -*- · 22 m und der Abstand zwischen den jeweiligen Kondensatorelementen 12 cm beträgt, so ergibt sich:

C, = -. - (50 x 4) - (12 χ 4) = 302 cm

Der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Armaturen beträgt 30 mm. Diese Armaturen sind mit einer Beschichtung aus PTFE von 3 mm Stärke versehen, so daß sich ein tatsächlich verbleibender Abstand von 24 mm ergibt.

Die Hochfrequenzkammer wird von einem auf die Frequenz von 13,56 MHz eingestellten Hochfrequenzgenerator vom Typ 4 C2 (4 KW) der Firma BBC erregt.

Mit einer HF-Spannung von 7 bis 8 kV am Kopf der Leitung, d.h. am Eintrittsende der Kammer, liegt die Herstellungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1,30 m/min. Diese Geschwindigkeit lässt sich noch steigern, wenn man mit größeren HF-Spannungen arbeitet.

Großaufnahmen von Querschnitten der auf diese Weise erhaltenen Stäbe zeigen trotz der hohen Herstellungsgeschv/indigkeit von 130 cm/min keinerlei Risse, Haarrisse, Sprünge, Bläschen oder sonstige Fehler, welche die Leistungsfähigkeit und Eigenschaften des Produktes rasch abnehmen lassen könnten.

Darüber hinaus besitzt das vorstehend näher erläuterte Verfahren eine hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit; mit der oben beschriebenen Anordnung wurden nämlich Fabrikationsversuche über 60 Stunden hinweg ohne Eingriff an den in der Heizkammer angeordneten Formdüsen oder Formwerkzeugen durchgeführt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Profilen aus thermohärtbarera Kunstharzen, die mit Glasfasern in Form von kontinuierlichen Fäden, Geweben oder Matten, kombiniert oder nicht kombiniert, verstärkt sind, bei dem das Material aus mit Harz imprägnierten Glasfasern eine Vorrichtung zur Formgebung durch Formwerkzeuge und zur Beheizung mit dielektrischen Verlusten in einer Kammer durchläuft, in der ein elektrisches Hochfrequenzfeld zur Polymerisation des Harzes herrscht, dadurch gekennzeichnet , daß das imprägnierte Material ein elektrisches Feld mit einem Maximalwert im stromaufwärtigen Bereich der Kammer durchläuft und während seiner Bahn im Inneren der Kammer einer Aufeinanderfolge von kurzen Formgebungen ausgesetzt ist, wobei das elektrische Feld in den Zeitpunkten der jeweiligen Formgebungsvorgänge reduziert oder abgeleitet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Etappen der Polymerisation, Formgebung und endgültigen Härtung des mit Harz imprägnierten Materials in der Kammer mit Hochfrequenzbeheizung durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Harz imprägnierte Material durch eine Kammer mit Hochfrequenzbeheizung hindurchgeleitet wird, welche eine an eine Versorgung angeschlossene offene Resonanzleitung bildet, so daß eine maximale Spannung der stationären Welle am stromaufwärtigen Ende der Kammer auftritt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Harz imprägnierte Material durch eine Hochfrequenzkammer hindurchgeleitet wird, welche eine in der

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Nähe einer Viertel-Wellenlänge schwingende offene Resonanzleitung bildet.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Harz imprägnierte Material einer letzten Formgebung unterworfen wird, wenn es den Bereich in der Nähe des Punktes maximaler Exothermie erreicht.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Vorrichtung zur Imprägnierung des Materials aus Glasfasern, mit mindestens einem Organ zur Vorformung, mit einer Kammer zur Hochfrequenzheizung, mit einer Vorrichtung zur Formgebung und mit einer Antriebsvorrichtung für das Profil, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Formgebung aus einer Reihe von kurzen Formwerkzeugen (F₀, F, ...) besteht, die im Inneren der Heizkammer (C) verteilt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeic h · net, daß die Formwerkzeuge aus Metall bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkanuner (C) aus zwei Elektroden besteht, deren Länge ungefähr so groß wie ein Viertel der Wellenlänge des Hochfrequenzgenerators (G) zur Erregung der Anordnung ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ileizkammer mit ihrem stromabwärtigen Ende an den Hochfrequenzgenerator (G) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Hochfrequenzheizkammer (C) aus einer Aufeinanderfolge von Kondensator-

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elementen (C., C-, C.,, ...) besteht, die über Verbindungsbrücken (A₁, A„, ...) elektrisch miteinander verbunden sind_/ und daß die kurzen aus Hetall bestehenden Formwerkzeuge (F„, F.., ...) jeweils zwischen zwei Kondensatorelementen auf der Höhe der Verbindungsbrücken angeordnet sind.

11. Vorrichung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kondensatorelement (C., C₂, C₃, ...) aus zv/ei geradlinigen Armaturen (1, 1¹) besteht und daß die Verbindungsbrücken (A., A~ , ...) aus steifen Metallteilen bestehen, welche die Formwerkzeuge (F₂' ^v ···) überbrücken.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das letzte Kondensatorelement der Heizkammer eine größere Länge als die vorherigen Kondensatorelemente aufweist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensatorelemente (C., C-j, C-,, ...) innen mit einer isolierenden Auskleidung (2, 2¹) aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten, wie zum Beispiel Polytetrafluor äthylen ausgestattet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Dicke der Auskleidung (2, 2¹) so gewählt ist, daß zwischen der Auskleidung und dem Profil während seiner Formgebung ausreichendes Spiel besteht.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizkammer (C) eine Abdeckung (3) aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten aufweist.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichn e t , daß eine Gegenform (9) an die Abdeckung (3) angeschlossen ist, die aus einem dielektrischen Material mit einer Dielektrizitätskonstante in der Nähe des Wertes des Profiles besteht.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Formwerkzeuge aus Metallplatten (5), insbesondere aus Stahl bestehen, die eine dem herzustellenden Profil entsprechende kalibrierte Öffnung (6) aufweisen.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 17, gekennzeichnet durch einen schwimmenden Kern (10), der in der Achse der hintereinander angeordneten Formwerkzeuge angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 18, dadurch g ekennzeichnet, daß das letzte Formwerkzeug aus einem abriebfesten Material mit mittleren dielektrischen Verlusten, wie zum Beispiel einem keramischen Material besteht.

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