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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wickeln von
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Fasern auf einen Kern mit einem offenendigen hohlen, um den Körper
drehbaren Faserträger, der zur Speicherung von Faserwindungen auf seiner Aussenseite
eingerichtet ist, einer um den Kern drehbaren Faserfuhrung zur Weiterleitung der
auf der Aussenseite des Trägers gespeicherten Faser nach innen auf den Kern sowie
einer Einrichtung zur Drehung des Trägers und der Führung.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft das Winden beliebiger
Fasern, Fäden, Stränge, Drähte oder ähnlicher Gebilde für die verschiedensten Zwecke.
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Auf dem Gebiet der Hochdruckrohre grossen Durchmessers werden bereits
seit einiger Zeit Möglichkeiten der Herstellung aus Faserverstärktem Kunststoff
gesucht, Dabei besteht der Wunsch, den hohen Korrosionsabrleb und Reisswjderstand
entsprechender Kunststoffe mit der hohen Zugfestigkeit entsprechender Fasern, insbesondere
der billigen Glasfasern zu verbinden, wobei letztere nicht nur eine sehr hohe spezifische
Zugfestigkeit besitzen, sondern einen praktisch gleich hohen Dehnungswiderstand.
Die Glasfaser zeigt selbst bei starker Belastung praktisch keine Kriechdehnung.
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Im Falle von Rohren für Rohrleitungen mit hohem Innendruck, sind die
spannungsrichtungen in der praxis hauptsächlich in der umfangriohtung und axial
ausgerichtet. Eine optimale
Verstärkung setzt deshalb die Wicklung
in Schichten aus endlosen Fasern in der Umfangrichtung in Kombination mit axial
ausgerichteten Fasern voraus.
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Für die kontinuierliche Rohrfertigung durch Strangguss wird eine Vorrichtung
benutit, die sowohl axiale wie umlaufende Fasern stetig und im wesentlichen ohne
Unterbrechung liefert. Das gilt vor allen Dingen, wenn die Wickeleinrichtung in
Kombination mit der Rohrstranggussvorrichtung angewandt wird, da jeder Stillstand
der Stranggussvorrichtung zu einer Schädigung des Gussmaterials führt.
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Für den strangguss kleiner Rohrdurchmesser verwendet man schnell rotierende
reiben mit aufgesetzten Spindeln für die umfangswicklung der Fasern, während die
axialen Fasern von einem stationären Spindelgestell in das fortschreitend austretende
stranggussmaterial hineingezogen werden.
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selbstverständlich müssen die Spindelscheiben immer wieder zum Aufsetzen
neuer spindeln zum Stillstand gebracht werden, woraus sich unterbrechungen des stranggiessen
ergeben.
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Für einen gegebenen Innendruck steigt die erforderliche Menge endloser
Fasern im Verbundmaterial pro Längeneinheit des Rohres im Quadrat des Rohrdurchmessers,und
das gleiche gilt für die Menge des GussmaterialsO Da die Materialmenge, die in der
stranggusseinrichtung für jeden Stillstand verschwendet wird, im Verhältnis zur
dritten Potenz der
StranggussvorrichtungsgrUsse zunimmt, während
die in einem Arbeitsgang herstellbare Rohrlänge für eine gegebene rotierende Scheibe
im quadratischen Verhältnis zum Rohrdurchmesser abnimmt, wächst der verlorengehende
Anteil an extruiertem Material mindestens im Verhältnis zur vierten Potenz des Durchmessers.
Somit wird die Spindelscheibeneinrichtung für 100 mm übersteigende Rohrdurchmesser
völlig unpraktikabel.
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Der britischen Patentschrift 1 191 711 ist eine Vorrichtung zur VerstErkung
von Rohren zu entnehmen, mit zwei drehbaren, die Rohre umgebenden Spulen für den
Verstärkungsdraht, sowie eine drehbare Führung zur Wicklung des Drahtes in Spiralenform
in einen Strangpresskanal. Bei dieser Vorrichtung wird der Draht diskontinuierlich
auf die Spulen gewickelt. Jedes Mal, wenn der auf einer Spule gespeicherte Draht
aufgebraucht ist, kommt die Maschine zum Stillstand, bis der Draht mit dem Anfangsende
der zweiten Spule verbunden ist, ehe die Wicklung fortgesetzt werden kann. Diese
Vorrichtung wickelt keine stetig gelieferte ununterbrochene Faser Der britischen
Patentschrift 988789 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, in welcher ein Kern durch
zwei konzentrisch rotierend angetriebene Spulen wandert, von denen Kunststoff imprägnierte
Bänder abgezogen und spiralförmig auf den Kern gegenläufig spirålförmig aufgewickelt
werden, wonach der Kunststoff durch Wärmeeinwirkung gehärtet wird, und ein verstärktes
Rohr entsteht. Auch in dieser Vorrichtung
wird der Vorrat an Bändern
auf der den Kern umgebenden Spule erschöpft, wonach die Vorrichtung zum Stillstand
gebracht wird, bis die Spule aufgefüllt ist.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist deshalb nicht einmal annähernd
kontinuierlich.
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Als Kompromisslösung arbeitet man neuerdings auch kurze Glasfasern
in das polimerisat hinein, die dann mit dem Thermoplasten gemeinsam stranggegossen
werden. Hieraus ergibt sich nur ein kleiner Bruchteil der Stärke, die mit einer
entsprechenden Menge an endloser Faserverstärkung erzielbar ist. Gleichzeitig benutit
man sehr teuere Spritzgussdüsen aus ganz besonderen hochlegierten Sthlen, damit
sie hohem Abrieb durch die kurzen Glasfasern wenigstens kurzfristigen Widerstand
leisten, Im Drostholm-Verfahren verwendet man eine stetige Faserwickelarbeitsweise,
wobei der Kunststoff zur gewickelten Faser hinzugefügt wird. Die Wickelform auf
die die Fasern aufgewickelt werden, besteht aus einem in parallel cmgeordneten Spiralwindungen
ausgelegten endlosen Stahlband.
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Am Ende dieses Wickelkerns verschwindet das endlose Band in dem rotierenden
spiralkUrperrohr und tritt am anderen Ende der Spirale wieder hervor und kehrt in
den Wickelvorgang zurück. Dieses Verfahren hat drei Nachteile:
(a)
In der axialen Richtung können nur kurze Glasfasern in mehr oder weniger statistischer
Orientierung verwendet werden; (b) Die Wickelgeschwindigkeit ist zwangslåuSig gegen,
da der Kunststoff sonst von den Zentrifugalkräften abgeschleudert wird; (c) Die
Maschine ist teuer und kompliziert. Der spiralförmige Wickelkern ist nur nach dem
Auseinandernehmen der Maschine zugänglich0 Auch auf dem Gebiet der selbsthärtenden
(duroplastischen) Kunststoffe, besteht ein entsprechender Bedarf an Rohrherstellungsmöglichkeiten
für die Massenherstellung von hochgradig faserverstärkten Rohren, worin die Fasern
endlos einerseits in umfangrichtung und andererseits geradlinig axial verlaufen
können.
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Die bekannten Wickelverfahren haben den gemeinsamen Nachteil, dass
zum Aufwickeln der Fasern eine relative Dreh bewegung zwischen dem spulengestell
einerseits und dem Wickelkern andererseits vorausgesetzt war. Dahingegen zeigt die
vorliegende Erfindung Wege an, die die Umgehung dieses Nachteiles ermöglichen, wodurch
völlig neue Anwendungsmöglichkeiten in der kontinuierlichen Verstärkung mit endlosen
Fasern bei der Herstellung von Rohren,
Platten, Profilen und Behältern
aller Art bei hoher Durchsatzgeschwindigkeit in Aussicht gestellt werden.
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Erfindungsgemäss besitzt die Vorrichtung der eingangsgenannten Art
Einrichtungen auf der Aussenseite des Trägers mittels derer der gewickelt auf den
Träger gespeicherte Faservorrat relativ zum Träger leicht drehbar ist; ein nicht-rotierendes
Faservorratsgestell zur Speisung des Trägers mit Faser; eine Einrichtung zur Umkehrung
der Drehrichtung des Trägers; sowie zwischengeschaltet zwischen dem Träger und dem
Faservorratsgestell eine Puffereinrichtung zur zeitweiligen Aufnahme von Faserwindungen
des Trägers während seiner Rückwärtsdrehung.
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D. Faservorratsgestell ist im allgemeinen ein Spulengestell.
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Mit dieser im Prinzip verhältnismässig einfach durchführbaren erfindungsgemässen
Lösung lässt sich die Faser von dem Spulenvorrat auf einen Kern aufwickeln, z.3.
einen Wickelkern für die Rohrherstellung im Innern des hohlen Trägers, ohne die
Notwendigkeit, den Kern oder das Spulengestell zu drehen. Im Laufe des Vorganges
findet lediglich nach einiger Seit eine Auffüllung des Trägers mit gewickelter Faser
statt, und muss seine Drehrichtung umgekehrt werden, wonach die Wicklung der Fasern
auf den Kern in umgekehrter Richtung fortgesetzt wird, und die Menge an
auf
dem Träger gespeicherter Faser abnimmt. Dabei muss ein Teil des vom Träger gespeicherten
Faservorrates vorübergehend auf besonderen Einrichtungen gespeichert werden.
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Hierfür besitzt die Vorrichtung gemäss einer bevorzugten Weiterbildung
des Erfindungsgedankens zwei konzentrische hohle Träger, nämlich einen weiteren
äusseren Träger, der den obengenannten Träger umgibt (der im folgenden als innerer
Träger bezeichnet wird) wobei das Fasermaterial von dem Spulengestell zunächst auf
den äusseren Träger gelangt und dort in mehreren Windungen gespeichert wird und
von dort Uber eine Führung auf den inneren Träger gelangt, wodurch weitere Faserwindungen
auf dem inneren Träger gesammelt werden und dann erst vom inneren Träger über eine
Führung auf den Kern gewickelt wird. Mit dieser Ausführungsform wird es möglich,
die jeweiligen Durchmesser und Drehgeschwindigkeiten der beiden Träger so aufeinander
einzustellen, dass die Bewegungsrichtung der Fasern hinsichtlich des Spulengestells
nie umgekehrt zu werden braucht, sondern,abgesehen von den kurzen Augenblicken der
Richtungsänderung der Träger, mit praktisch gleichbleibender Geschwindigkeit vom
Spulengestell abgezogen werden kann. Somit brauchen die Spulen lediglich mit einfachen
herkömmlichen Bremseinrichtungen versehen zu sein.
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Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Wickeln von Faser bzw.
strangförmigem Material vor, insbesondere zur Verwendung der obengenannten erfindungsgemässen
Vorrichtung, wobei die Faser zunächst in einer Richtung auf einen Kern gewickelt
wird, wobei Windungen der Faser auf einem die Kernachse umgebenden Träger gesammelt
werden, wonach die Aufwickelrichtung auf den Kern umgekehrt wird, und der auf dem
Träger gespeicherte Vorrat an Windungen abgebaut wird, und der vorangegangene Arbeitszyklus
beliebig oft wiederholt werden kann Dieses Verfahren lässt sich, wie bereits kurz
erwähnt, auf eine Vielzahl von Anwendungen übertragen. Eine bevorzugte Anwendung
ist die Wicklung von Fasern als Verstärkungsfasern für Rohre, Gefässe, Fässer und
sonstige Körper. Dabei lässt sich das Verfahren mit einem Stranggussverfahren kombinieren,
wobei die Fasern als Verstärkung in das Stranggussmaterial aufgenommen werden0 In
dieser Kombination ist es einerseits möglich, die Fasern im wesentlichen an der
Aussenseite eines bereits stranggegossenen Rohres oder Gefässes zu wickeln. Gemäss
einer bevorzugten Ausführung werden die Fasern vor dem Durchgang durch die endgültige
Stranggussdüse aufgewickelt und
findet dabei eine vollständige
gegenseitige Durchdringung des paser- und Gussmaterials in inniger Vermischung statt.
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In sämtlichen Ausführungen des Verfahrens findet durch die axiale
Relativbewegung des Körpers, auf den die Windungen aufgetragen werden, eine Wicklung
spiralförmiger Art statt.
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In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist es auch möglich,
zwei Wicklungen nacheinander in entgegengesetzten Richtungen in Form zweier gegenläufiger
Spiralen aufzutragen und damit eine weitgehende Symmetrie der Faserverstärkung zu
erreichen.
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Weitere Einzelheiten der erfindungsgemässen Vorrichtung und Verfahrensweise
ergeben sich aus den Ansprüchen bzw.
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werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
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Es stellen dar: Figur 1,1, 1,2, 2,1 und 2,2 völlig diagrammatische
D&rstellungen zur Erläuterung des Erfindungsgedankens und des Arbeitsprinzips
der erfindungsgemässen Vorrichtung; Figur 1,1 und 1,2 beziehen sich auf eine erste,
einfachere Ausführungsform der Erfindung, während Figur 2,1 und 22 eine zweite bevorzugte
Ausführung der Erfindung darstellen; Figur 3 eine diagrammatische ausschnittsweise
respektiv ansicht einer bevorzugten Ausführung der Erfindung für
die
Herstellung von Rohren im Stranggussverfahren; Figur 4, eine diagrammatische Draufsicht
auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung für die Herstellung von Rohren im
Stranggussverfahren; Figur 5, eine ausschnittweise rerspektivansicht zur Darstellung
weiterer Einzelheiten der in Figur 3 abgebildeten Vorrichtung; Figur 6 eine Detailansicht
eines Teiles der Abbildung gemäss Figur 5 und Figur 7 stellt einen Teilabschnitt
im Schnitt dar, quer zur Drehachse der erfindungsgemässen Maschine.
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zur Besprechung des Arbeitsprinzips der Erfindung anhand der Figuren
1,1, 1,2, 2,1 und 2,2 soll vorläufig die axiale Relativgeschwindigkeit des Wickelkerns
bzw. des stranggussmaterials 2 unbeachtet bleiben und lediglich die Aufwicklung
in Umfangrichtung beachtet werden. Dieser wickelvorgang muss in zwei Vorgänge zerlegt
werden, da aus räumlichen Gründen eine einfache Wicklung auf den Kern 2 ohne Uberquerung
seiner Achse nicht möglich ist, wenn man im kontinuierlichen Betrieb keine Aufhäufung
oder Spannungsverluste in der Faser vorsieht. In jeder der Figuren stellt
Pfeil
4 die Richtung der Faserführung dar.
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Arbeitsgang 1 (Fig. 1,1) Drehung im Uhrzeigersinn; Der Träger 9 mit
kleinen (nicht abgebildeten) Rollen und Führungen 8 dreht sich mit einer Winkelgeschwindigkeit
Dabei wird eine Spirale 5 aus Fasern 6 auf die kleinen Rollen aufgewickelt. zur
gleichen Zeit wird eine paserspirale 7 auf den Kern 2 gewickelt.
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Nach n Umdrehungen des Trägers 3 sind n Faserwindungen 6 auf die Spirale
5 und auf die Spirale 7 gewickelt. Nach einer bestimmten Zahl von n Windungen muss
die Wickelrichtung mit grösstmöglicher Beschleunigung umgekehrt werden.
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Arbeitsstufe 2, (Fig. 1,2): Drehung gegen die Uhrzeigerrichtung; Der
Träger 3 dreht sich nun in der entgegengesetzten Richtung mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
zur Für die Drehung in der entgegengesetzten Richtung verwendet man die gleiche
Winkelgeschwindigkeit, da in der praxis der Wickelkern auf den die Fasern aufgewickelt
werden, einem axialen Vorschub unterliegt, dessen Geschwindigkeit normalerweise
konstant gehalten wird Wenn also in beiden Richtungen die gleiche Spiralsteigung
der Windungen aufrecht erhalten werden soll, so muss die Drehgeschwindigkeit in
beiden Richtungen die gleiche sein0
In der Umwickelrichtung gemäss
Figur 1,2 wird die Faser jedoch von der Innenseite der Spirale 5 entnommen und auf
den Kern 2 aufgetragen Die Faser 6 bewegt sich nun zurück zum spulengestell (nicht
abgebildet) mit einer geschwindigkeit, die von der Winkelgeschwindig keit #i i abhängt,
sowie der Differenz zwischen den Radien des Trägers 3 und des Kerns 2.
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Für vorwärts- und Rückwärtswicklungen gleicher Grösse und gleicher
Rotationsgeschwindigkeit und für gleiche Dauer der Wickelvorgänge lässt sich die
Durchschnittsgeschwindigkeit, mit welcher die Fasern dem Spulengestell entnommen
werden, berechnen, Die Rückspulung, die sich aus dem RAckwärts-wickelvorgang ergibt,
lässt sich im praktischen Betrieb normalerweise nur dann tolerieren, wenn besondere
Vorrichtungen zur Wiederaufnahme der Fasern vorgesehen werden Das liegt daran, dass
man in der praxis grosse Spulengestelle verwendet, für die es ungünstig bzw unwirtschaftlich
wäre, einen Antrieb für sämtliche spulen des Gestells in Rückwärtsrichtung zu jehiffon
Eine andere Arbeitsweise geht aus Figur 2, 1 und 2,2 hervor; Figur 2,1 zeigt die
Drehung von zwei Trägern entgegen dem Uhrzeigersinn, während in Figur 2,2 beide
Träger im Uhrzeigersinn drehen zur Aufrechterhaltung der Durchschnittsgeschwindigkeit
bei der stetigen Entnahme der Fasern 6 vom Spulengestell ohne die Komplikation der
Riickslzulung
findet eine zusätzliche Einrichtung verwezzldung, die eine zwischenzeitliche gpeicherung
der Fasern 6 gestattet. Diese Einrichtung besteht aus einem äusseren Träger 13 und
einer Führung 9, mittels derer eine äussere Faserspirale 14 auf einen weiteren satZ
kleiner Rollen aufgetragen wird0 Der Erfinder hat festgestellt, dass beim Antrieb
des äusseren und inneren Trägers jeweils in der gleichen Richtung und mit Relativgeschwindigkeiten
die in geeigneter Weise ihren jeweiligen Radien angepasst sind, eine Rückspulung
der Fasern vermieden werden kann, wenn sich die inneren und äusseren Träger im Uhrzeigersinn
drehen und ebenso, wenn sie sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, vorausgesetzt,
dass zu Anfang bereits ein Vorrat an Windungen auf einem der Träger, vorzugsweise
dem äusseren Träger geschaffen wird. Die Relativgeschwindigkeiten können in beiden
Drehrichtungen die gleichen sein.
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Das letztere ist eine besonders wichtige Erkenntnis.
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Wenn nämlich das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten zwischen dem
inneren und äusseren Träger sowohl in Vorwärts- wie in Rückwärtsrichtung konstant
ist, können die Träger 3 und 13 sowie die Führungen 8 und 9 mittels einfacher und
unveränderlicher Getriebevorrichtungen miteinander verbunden werden. Dabei ergibt
sich für das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit folgende Gleichung:
worin #a = Drehgeschwindigkeit des äusseren Trägers 13.
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#i = Drehgeschwindigkeit des inneren Trägers 3 Ra = Wirksamer Radius
des ausseren Trägers 13 mit Rollen Ri = Wirksamer Radius des inneren Trägers 3 mit
Rollen.
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Beim Betrieb entgegen dem Uhrzeigersinn nehmen die Windungen auf dem
Träger 13 zu, während sie auf dem Träger 3 abnehmen, d.ho es findet eine anscheinende
Übertragung der Windungen statt; Ehe die Windungen auf dem Träger 3 verbra. t sind,
muss die Drehrichtung umgekehrt werden. Bei der Drehung im Uhrzeigersinn nimmt die
Anzahl der Windungen auf dem Träger 3 zu, während sie auf dem Träger 13 abnimmt,
Die Anzahl der ursprünglich auf einem der Träger gespeicherten Windungen bestimmt
die Anzahl der Windungen, die auf den Kern aufgetragen werden kann, ehe eine Richtungsänderung
stattfinden muss0 Die Arbeitsweise gemäss Figur 2,1 und 2,2 gilt auch für die Vorrichtung
gemäss Figur 3, worin entsprechende Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen
sind. Diese Vorrichtung dreht die Windungen auf ein stranggegossenes Rohr 10 auf,das
einen Vorschub in Richtung des Zeigers 1 auf dem Kern 2 erfährt. Auf jedem der Trägergestelle
3 und 13 befinden sich Rollen 11, wobei es wichtig ist, dass diese
auf
Rollenlagern oder dergleichen mit geringem Reibungswiderstand laufen, damit der
Rollwiderstand bei eunehmender Belastung durch die Spiralenwindungen 5 und 14 möglichst
wenig zunimmt.
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Mit zunehmender Grösse der Vorrichtung wchst nähert sich 0,5 #i, woraus
sich die folgende Nährungsgleichung ergibt: nd (auf den Träger 13 aufgetragene Windungen
bzw. Windungsschichten)= 2ni (Windungen bzw. Schichten auf dem Träger ;, bei Rotation
im Uhrzeigersinn. Falls also die Wickelrichtung jeweils nach 100 schichten geändert
wird, brauchen nur 50 Schichten auf den Träger 3 aufgetragen zu werden In einem
typischen Beispiel besitzt die Glasfaser eine Dicke von 0,3 mmO Das gestattet 1000
schichten für eine 30 cm dicke Spirale auf dem Träger 3, bzw. die Aufw@@@fung von
etwa 2000 Schichten auf den Kern 2, ehe eine Richtungsänderung der Vorrichtung erforderlich
wird. Für eine Faserbreite von 1 m auf einem axial vorgeschobenen (sich nicht drehenden)
stranggegossenen Rohr auf einem Kerr 2 kann eine Rohrlänge von 60 m bei einem Meter
Durchmesser bewickelt werden (ausgelegt für einen Innendruck von etwa 100 Atm.),
ehe bei den genannten 2000 schichten auf cem Träger eine Richtungsänderung notwendig
wird0 Damit kann das Verfahren für praktische Zwecke als kontinuierlich
bezeichnet
werden.
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Wenn aNcrding5 so viele pasern auf die spiralen 5 und 14 aufgetragen
werden, lassen sich die Radien Ri und Ra nicht mehr als konstant betrachten. Mittels
einer Spannungsregelungseinrichtung 18 lässt sich jedoch die Spannung 17 auf einen
vorgegebenen konstanten Wert einstellen. Die Geschwindigkeit 19, mit denen die Fasern
zugeführt werden, ändert sich dann zwar etwas, doch wirkt sich dies nicht nachteilig
auf das Verfahren aus.
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Weitere Angaben: lo Die Träger 3 und 13 sind zwecks Verringerung des
Drehmoments und zur Erleichterung der Beschleunigung urid Bremsung möglichst leicht
auszulegen. Sie laufen auf Rollen 15.
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2. Ri und Ra sind streng gesprochen nur Annäherungsradien, da die
Wickelform in Wirklichkeit poligonal und nicht kreisförmig ist Hierdurch wird die
Geschwindigkeit 19 nur geringfügig beeinflusst.
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3. Wie Figur 2 zeigt , können zwei hintereinander geschaltete Vorrichtungen
ein symmetrisches Wickelmuster liefern In Figur 4 stellt 24 die strangpresse dar,
und 25 die Kühlvorrichtung0
Die nicht-rotierende Anordnung des
Kerns 2 und des Strongpresslings 10, gestattet die stetige Abnahme der axialen Fasern
20 von spulengestellen 21 für die AYialfasern. Hieraus ergibt sich die ideale laminierung
nichtgewebter axialer und umlaufender Fasern.
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5. Die Auswärtsgeschwindigkeit des Strangpresslings 10 ist (mechanisch)
so den Werten # i und pa (unabhängig von der wickelrichtung) anzupassen, dass auch
während der Bremsung und Beschleunigung keine Änderung des Wickelwinkels stattfindet.
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6. Die Spannungsreguliereinrichtung 17 ist so auszulegen, dass sie
bei der Richtungsänderung der Vorrichtung eine entsprechende Faserlänge aufspeichern
kann0 hierzu besitzt sie ein Trägergestell 18 mit zwei einander gegenüberliegende;
Walzen 22, wobei die Fasser 6 über und zwischen den Walzen durch die Gestellachse
geführt werden0 Die Spannung 17 wird von einer spiralfeder 23 geregelt, die so vorgespannt
ist, dass sie dazu neigt, das Gestell 18 gegen die Faserspannung 17 zu drehen. Falls
die spannung 17 abnimmt, dreht sich das Gestell 18 soweit wie möglich, und speichert
dabei Fasern. Mit der Einrichtung 18 lässt sich eine annähernd konstante Abwickelgeschwindigkeit
der spulen des Spulengestells 12 erzielen, was bei der Verwendung einer grossen
Anzahl Spulen wichtig ist.
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Es wäre denkbar, den Träger 18 so auszulegen, dass er @@ Rolle des
Trägers 13 übernehmen kann. Dann müsste Träger 18 allerdings sehr viel grösser sein;
undmit eigenen Antriebseinrichtung versehen sein. Deswegen wir die Anordnung gemäss
Abbildung 2,1 , 2,2 und 3 bevorzugt Diene Variationsmöglichkeit liesse sich jedoch
auf die Konstruktion gemäss Figur 1,1 und 1,2 anwenden.
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Falls während der Änderung der Wickelrichtung eine Lockerung der Fasern
eintreten sollte, so dass diese nicht mehr richtig auf der spirale 5 oder aLf dem
Kern 2 aufliegen, oder gar von der Einrichtung 18 zurückgezogen werden, ist die
Wickelfunktion des Trägers 18 einzuschränken. Es wäre dan@ auch möglich, statt der
Rollen @ un@ '9, Rollenpaare zu verwenden, die die Fasern 6 festhalten und gewaltsam
während der Richtungsumkehrung weiterführen, und dabei die Rückzugswirkung des Trägers
18 ausschalten.
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8. Figur 5 und 6 zeigen eine Klemmleiste, die sowohl bei Speichern
der Anfangswindungen Verwendung findet, a auch zur positiven Halterung der Fasern
auf dem Kern, während der Richtungsänderung.
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Ao Inbetriebnahme der Vorrichtung.
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Zur Speicherung der Anfangswicklung auf der Spirale 14 findet die
Klemmleiste 41 Verwendung, die mittels Halterungen
12 auf dem Träger
13 befestigt ist. Die Anfänge der Fasern 6 werden an der Klemmleiste 41 mittels
der Klammervorrcihtung 43 befestigt. Nachdem die erforderliche Anzahl Faserwindungen
in der Spirale 15 auf dem Träger 1, durch Drehung der Vorrichtung und Abzug der
Fasern vor Spulengestell 10 gespeichert worden ist, wird die Vorrichtung zum Stillstand
gebracht, die Leiste 41 aus den halterungen 42 herausgenommen, und per Hand durch
das Trägergestell 3 auf den Kern 2 durchgezogen, und dann in axialer Richtun mit
den Befestigungsvorrichtungen 44 In den Gehäuseplatten 45 in Eingriff gebracht,
Nachdem nun die Anfänge der masern 6 auf der Kernoberfläche befestigt kann der eigentliche
Herstellungsvorgang durch Umkehrung der Drehrichtung und die Kunststoffanwendung
beginnen.
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Nach wenigen Umdrehungen der Maschine muss die Beim ' jedoch entzogen
werden, damit der Vorschub des Prod@@@t -gutes in axialer Richtung ermöglicht wird.
.Hierzu @@ @@@ eine von aussen her gesteuerte Schneideeinrichtung die Anfangsenden
der Fasern 6 ab, und löst dadurch die Leiste 41, nachdem einige Windungen bereits
auf den Kern 2 aufgetragen worden sind. Die Klammervorrichtung 44 bleibt während
des nächsten Arbeitsabschnittes auf der einen Seite der Leiste 41 befestigte Beim
Zurückziehnen der Leiste 41 aus dem Gehäuse 45, schliessen sich die ersten Faserwindungen
um den Kern 2, und verankern sich selbst dabei stetig, wonach keine Verschiebung
der Fasern 6
U:tlf dem Kern 2 mchr stattfindet. Diese Betätigung
der Klemmleiste 41 bei der Inbetriebnahme lässt sich ohne weiteres manuell durchführen0
Hierzu sind am Gehäuseende in den Gehäuseplatten 45 Öffnungen vorgesehen , die den
zugang zum Inneren der Vorrichtung gestatten, Die Kunststoffauftragung fängt erst
dann an, wenn sich die Klemmleiste 41 neben dem Kern 2 befindet, damit die Betätigung
der Klemmleiste 41 nicht behindert wird.
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B. Änderung der Drehrichtung: Wie bereits weiter oben erläutert wurde,
muss die Drehrichtung der Vorrichtung in gewissen Zeitabständen, ehe die beiden
Spiralen 5 bzw 14 geleert sind, umgekehrt werden. Damit wird der wechselseitige
Übergang der Fasern 6 von der einen spiralen auf die andere zur Konstanthaltung
der Faserabzugsgeschwindigkeit 19 von Spulengestell 12 gewährleistet. Damit die
Faserwindun en der beiden Spiralen nie ganz aufgebraucht werden liefern zwei elektrische
Signalgeber ein Zahlenwertsignal n Erreichung der Mindestwindungszahl oder ein Analogsigna
für die Dicken der Spiralen auf den Trägern 3 und 15.
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Sobald die vorgegebene Mindestanzahl der Windungen auf einem der träger
3 oder 13 erreicht ist, wird die Rotationsrichtung automatisch am elektrischen Motorantrleb
29 durch automatische Kontrolleinrichtungen umgekehr bereits weiter oben erläutert,
dass die Anzahl der Windu gen in einer Richtung abhängt von der Anfangsanzahl
Windungen
in der bei der Inbetriebnahme vorgespeicherten Spirale 14. Damit die Faserspannung
der Wicklung auf dem Kern beim Richtungswechsel des Wicklungsvorgange nicht verloren
geht, wird eine der an der Leiste 41 unlösbar befestigten Klammervorrichtungen 44
mittels der Führung 49 an der Aussenseite der Gehäuseplatte 45 eingeführt. Die Leiste
41 wird dadurch automatizch as Kern 2 entlanggeführt und rastet in die gegenüberliegende
Einrichtung 44 ein, Dadurch wird anschliessend die Spannung beim Umkehren der Wickelrichtung
der Fasern. s aufgefangen. Die Einführung findet im Augenblick des.
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Stillstandes während des Wechsels der Drehrichtung statt.
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Nach der Auftragung einer bestimmten Anzahl Windungen in der umgekehrten
Richtung, die zur Verankerung der Fasern auf dem Kern 2 genügt, wird die Leiste
41 durch Betätigung der Halterung 44 und der Führung 49 automztisc zurückgezogen.
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Mit einer Weiterbildung dieser Konstruktion wäre es auch denkbar,
die Leiste 41 mit dem Kern 2 in Abhängigkeit der bereits niedergelegten Materialmenge
wahre der automatischen Einführung in Anlage zu bringen. Dat liesse sich der Uberschuss
an Fasernlänge während der ersten Windungen nach der zurückziehung der Leiste 41
auf ein Mindestmass beschränken, da die Leiste sich in enger Anlage an den Kern
befindet.
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Es wäre auch denkbar, verlorene Leisten zu verwenden.
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Da für jede Zufuhrwalze ll cine Leiste 41 nebst Zubehör verwendet
werden muss, sollte deren Anzahl möglichst klein gehalten werden.
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9. Die Anwendung der Vorrichtung auf die Umfangsverstärkung eines
stranggepressten Rohres im Strangpresskanal, setzt die Verwendung einer Lippendichtung
voraus. Dies sei anhand von Figur 7 erläutert.
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Im Interesse der Anpassungsfähigkeit und Wirschaftlic -keit der Vorrichtung,
müssen die Produktgrössen-abhäng@ en Teile der Maschine austauschbar sein0 Dazu
gehören zunaachst der Kern 2 und die strangpressform. Doch selbst das zylindrische
Rohr 50 , das sich gemeinsam mit dem Träger 3 mit der Winkelgeschwindugkeit #i dreht,
und den äusseren Teil des stranggusskanals bildet, sollte aus den folgenden Gründe
austauschbar sein: 1. Laminare Strömungsbedingungen sind für jedes stranggussverfahren
wichtig, und lasssen sich nicht einhalten falls plötzliche Sprünge im Strömungsquerschnitt
von der strangpresse zum Wickelkanal oder von dort zur strang- -pressform stattfinden.
Eine Störung der laminaren strömungsbedingungen führt unter Umständen zu Erstarr@@@@-und
Wärmeschädigungsproblemen des thermoplastischen Kunststoffes. Deshalb muss der Innendurchmesser
des zylindrischen Rohres 50 möglichst weitgehend dem Aussendurchmessen @
Stranggepressten
Rohres entsprechen (dessen Querschnitt form in der Spritzform ein beliebiges profil
erhalten kann).
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2. zentrifugalkräfte am Innenumfang des zylindrischen Rohres 50 mit
Winkelgeschwindigkeit #i, müssen so gering wie möglich gehalten werden, damit der
thermoplastische Kunststoff nicht an der Wandoberfläche klebt. Das setzt voraus,
dass der Innenradius des zylindrischen Rohres G möglichst klein sein muss. Es ist
stets zu empfehler die Winkelgeschindigkeit #i so zu begrenzen, dass d:.
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zentrifugalkräfte an dieser Oberfläche geringer al sind (42,7 Umdrehungen
pro Minute für ein Meter Durchmesser Eine Beschichtung mit einem wärmebeständigen
leicht gleitenden Material wie Polytetrafluoroäthylen, ist im allgemeinen erforderlich
zur Verringerung der Reibu@ an den Oberflächen des WickelkanalsO 3. Die Fasern 6
gleiten durch die Lippendichtung 5' in das zylindrische Rohr 50 und sollten dabei
zwecks Vermeidung der verzerrung der Dichtung und Dichtungsschwierigkeiten stets
geradlinig verlaufen. Die Dichtung 51 befindet sich deshalb auf der gemeinsamen
yar.ge-nte des Kerns 2 und der zufuhrwalze 11 des Trägers 3 für dle gegebene Wickelrichtung.
Der Abstand zwischen dem zylindrischen Rohr 50 und der Zufuhrwalze 8 des Trägers
3 sollte deshalb möglichst gross sein.
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Ausser den Fasern 6 mus. auch die Faserführungsleit 41 durch die Dichtung
51 hindurchtreten könne. rrz wird die Dichtung 51 in der Längsrichtung in zwei Streifen
geteilt, von der jeder mittels einer Lasche 52 an der Halterungsklammer 53 befestigt
ist. Die Klammer 5, ist auf dem Zylinder 50 in Umfangsrichtung verschiebbar.
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Wenn die beiden Klammerbacken 53 auseinander belegt werden, bildet
sich ein Schlitz, durch den die Leiste 41 ohne weiteres zur Befestigung auf den
Kern 2 hindurchtreten kann0 Danach bewegen sich die Backen 53 wieder aufeinander
zu, wobei die Dorne 54 in entsprechende Führungslöcher der gegenüberliegenden streifenförmigen
Elfte der Dichtung 51 einrasten, wonach die Halterungsbacken . 53 in ihrergetriebsposition
mittels Schrauben oder Klammern gesichert werden0 Die zylindrische Querschnittsform
der Dichtung 51, mit Ausnahme der Lippen, ermöglicht eine begrenzte Schwenkung der
Dichtung zwischen den Klammerbacken 53, wodurch die Spannung der Fassern 6 automatisch
die Ausrichtung der Teilungsfläche der Dichtung und der Lippen zur gemeinsamen Tangente
der Walze 4 des Trägers 3 sowie des Kerns 2 bewirkt. Hierzu bcsitzt das zylindrische
Rohr 50 ebenfalls eine begrenzte Verdrehungsmöglichkeit in Bezug auf den Träger
3, damit die Mittellinie der Dichtung 51 für beide Wickelrichtungen in diese Tangentialebene
gebracht werden kann; Das Material für die Dichtung 51 muss wärmebeständig, elastisch,
federnd, abriebsfest und leichtgleitend sein. Hierzu bieten sich
vor
allem Kunststoffe auf Polytetrafluoroäthylenbasis und verwandte Kunststoffe an,
Bei der Anwendung der Vorrichtung sowohl gemäss Figur 3 als auch gemäss Figur 4
werden die Fasern in den Thermoplasten im erweichten Zustand zur Erzielung eines
möglichst homogenen Rohres hineingewickelt. Die beheizte rotierende Vorrichtung
befindet sich unmittelbar im Anschluss an die Strangpressvorrichtung 24. Die strangpressform
folgt im Anschluss an die erfindungsgemässe wickelvorrichtung, damit der endgültige
Druckabfall und die endgültige Formgebung des Rohres nach der wicklung stattfindet0
Die erfindungsgemässe Vorrichtung bildet somit Teil des Strangpresskanals.
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Falls der Kern gekühlt wird, bildet sich eine innere erstarrte Rohr
schicht, die die Auflage der masern auf dem Kern selbst verhindert. Ein solches
Rohr besitzt dann eine häufig sehr wünschenswerte kunststoffreicn'e Innenschicht0
Eine ähnliche Wirkung lässt sich dadurch erzielenç dass in regelmässigen Abständen
im Bereich der spiralförmigen Aufwicklung auf den Kern in gleichmässigen Abständen
axial ausgerichtete Rippen vorgesehen werden0 Diese Rippen begünstigen ferner den
laminaren Fluss des Strangpressmaterials im Strangpresskanal.
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Je höher der Fasergehalt der nicht rotierenden Faser-Schicht ist,
desto mehr wird die Rotationsbewegung ;; Strangpressmaterials im Strangpresskanal
begrenzt, wodurch die laminare Strömung im Innern des Kanals gefördert wird Der
Kern sollte sich über die gesamte Kühlzone 52 (siehe Figur 4) erstrecken, damit
der thermoplastische Kunststoff nur hinsichtlich seiner Wanddicke und nicht was
den Rohrdurchmesser betrifft, schrumpfen kann. Dies ist auch insofern wichtig, als
die lineare Wärmeschrumpfung für den Kunststoff im Durchschnitt den zehnfachen Wert
der Wärmeschrumpfung der Glasfaser besitzt, Deshal.
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sich die Stranggussform wenigstens so weit in die dzone erstrecken,
als der staudruck gestattet.
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Falls bei der Abkühlung trotzdem eine erhebliche Schrumpfung des Rohrdurchmessars
stattfindet, sind die Rohrverbindungen entsprechend auszulegen, da die Rohre unter
Druck sich sehr schnell so weit ausdehnen; bis sich die Glasfasern gestreckt haben,
und die weitere spannung aufnehmen können. Die maximale Schrumpfung beträgt weniger
als 3% des Durchmessers0 Unter günstigsten Kühlbedingungen mit dem verlängerten
Kern, erhöht sich die Möglichkeit , die schrumpfung trotz der seir hohen wärmeausdehnungskoeffizienten
für Polyäthylen und polypropylen wenigstens annähernd auf die Glasschrumpfung zu
beschränken.
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Falls Rohre in vorgegebenen Längen herzustellen sind, gibt es bereits
handelsübliche Schneidewerkzeuge, die sich zum absatzweisen Abschneiden der stranggegossenen
Rohrlängen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kombinieren lassen.
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Das erfindungsgemässe Verfahren erhöffnet auch neue Möglichkeiten
für den Strangguss völlig anderer Fa3erverstärkter Materialien, z.B. Gummi und schnellbindenden
Beton.
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Durch entsprechende Wahl der Stranggussdüse lässt sich praktisch jedes
beliebige faserverstärkte Hohlprofil im strangguss herstellen.
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Es ist aber auch möglich, ein Rohr in der heissen Stran gussdüse plattenförmig
zusammenzudrücken, oder das ohr hinter der Düse aufzuschneiden, und beim Abkühlen
aufzuwalzen zur Herstellung schwer mit Fasern verstär)cter Platten in beliebigen
Längen. Wirtschaftlich besond interessante Kunststoffe für diesen Zweck sind £ Polyvinylchlorid,
Polyurethane, Polypropylen und Poly @@@ Faserverstärkte Gummiplatten könnten nach
dem leicht Verfahren hergestellt werden0 Beim Verwalzen können auch beliebige offene
profile hergestellt werden.
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no Verfahren lässt sich auch auf dem Stranggussduroplastischer Kunststoffe
mit Faserverstärkung, z.B. polyestherharze, Epoxyharze und dergleichen anwenden.
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Durch entsprechende Programmierung der Verfahrensbedingungen lassen
sich auch Hohlprofile mit veränderlichem Radius durch periodische Änderung der Verfahrensparameter
herstellen. Hierfür würde man z.B. eine elastische strangpressform verwenden, die
sich im vorliegenden Falle aufgrund ihrer Elastizität im Aussenumfang des fortlaufend
segmentweise nachgeschobenen aus der Extrusionsform hervortretenden Kern sich anpasst.
Ähnliches gilt auch für die Eingangsseite für die Kernstück in den Extrusionskanal.
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Hochdrucktanks von elyptischer Querschnittsform können z.B. in dieser
weise hergestellt werden, wobei die stranggepressten Rohre jeweils im Bereich des
kleinsten Durchmessers abgeschnitten werden.
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Wicklung Kunststoffgetränkter Fasern Bei der Anwendung der erfindungsgemässen
Vorrichtung für die kunststoffgetränkte Langfaserwindung auf einem Kern 2 wird der
Kunststoff (z.B. Epoxy, Polyesther, polyurethan, direkt polymerisierbares polyamid)
zunächst
der Faser zugegeben.
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Damit die übrige Maschine sauber bleibt, schlägt die Erfindung vor,
die Walze 12 so abzuändern, dass die Faser 6 durch einen Satz Benetzungswalzen geleitet
wird, die ihrerseits mit Kunststoff von einer einen parallel zum Walzensatz 12 angeordneten,
ein Vorratsgefäos verschliessenden Walze beschickt werden0 Das Vorratsgefäss wird
am Träger 3 befestigt. Der Kunststoff wird durch einen Kanal zugeführt, der aus
zwei aufeinandergleitenden ringförmigen Schalen besteht, wobei der rotierende Teil
am mit den Walzen 4 verbundenen Tank verbunden ist, während das stationäre Teii
an das Kunststoffzufuhrrohr angeschlossen ist. Der zweiteilige Kanal ist zur schwellen
Reinigung leicht auseinandernehmbar.
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Die Vorrichtung zeigt besondere Vorteile in eine stetige; Verfahren,
worin ein Kern 2 verwendet wird, der kontinuierlich die Maschine durchläuft, insbesondere
einer der folgenden Weisen:-(a) Ein thermoplastisches Rohr, das vorzugsweise direkt
durch Strangpressguss hergestellt und gleichzeitig in die Maschine hineingeführt
wird, dient al
Innenauskleidung und gleichzeitig als verlorener
Kern. Auf diesen wird das faserverstärkte Rohr gewickelt; oder (b) zusammensetzbare
Stahlrohrabschnitte werden zusammengesetzt und kontinuierlich in die VorricKturg
hineingegeben und in der erfindungsgemässen Weise mit faserverstärktem Kunststoff
umgeben. Nach dessen Erstarrung wird das endlose Rohr in entsprechende Längen geschnitten,
wonach die Stahlrohrabschnitte zurückgewonnen und wiederverwendet werden. In der
gleichen Weise können auch aufgeblasene Säcke oder ähnliche Vorrichtungen als Kern
verwendet werden; oder (c) ein poliertes Stahlrohr wird vollständig mit einem nicht-haftenden
Material wie Polytetrafluoroät)%rlen überzogen, das leicht über das Rohr gleitet.
Von innen her wird der Uberzug festgehalten, und mittels eines Satzes von Rädern
rückwärts angetrieben. Daraus ergibt sich ein kontinuierlich nachgeschobener schlauchförmiger
Kern, während der Vorschub d~r werrform 2 durch die Reibung von den Walzen am hinteren
Ende begrenzt wird.
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In sämtlichen obengenannten Fällen werden die Axialfasern gemeinsam
mit dem heraustretenden Kern eingeführt.
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Vorteile des Verfahrens 1. Das Verfahren ermöglicht die endlose Einführung
axialer Fasern,und liefert somit ein wesentlich besseres Laminat als das Drostholm
Verfahren.
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2. Die Vorrichtung ist einfacher, und deshalb weniger aufwendig als
die Drostholm Vorrichtung.
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30 Die Vorrichtung ermöglicht die direkte stetige Wicklung auf die
aus der strangpresse hervortretende thermoplastische Auskleidung (ohne Drehung)und
ermöglicht somit eine arbeitssparende stufenlose Verfahrensweise.
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4o zentrifugalkräfte wirken nur auf die einzelnen Fasern, aber nicht
auf das gewickelte Laminat, und gestatten deshalb höhere Wickelgeschwindigkeiten
als das Drostholm Verfahren.
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5. Das trockene Wicklungsverfahren gestattet die Herstellung einer
endlosen nicht gewebten Matte. Diese kann man tber ete nicht haftende Kernoberfläche
gleiten lassen, und das so abgezogene Rohr wird entweder zusammengedrückt oder aufgeschnitten,
wonach die gebildete Matte durch Walzensätze geführt wird. Zur leichteren weiteren
Verarbeitung
können die Fasernüberkreuzungsstellen mit Kunststoff verklebt werden. Eine solche
Matte lEsst sich für die plattenherstellung in einem zweiten Verfahren oder für
die Rohrverstärkung in einem zentrifugalen Rohrgussverfahren verwenden.
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6. Endlose Bänder lassen sich nach dem Verfahren stufenlos herstellen,
indem man das austretende Rohr entweder zusammendrückt, oder vor der endgültigen
Erstarrung aufschneidet und öffnet, ähnlich wie stranggegossene Folie.
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7. Durch Verwendung vollautomatisch programmierter Verfahrenssteuerung
für die verschiedenen Veränderlichen des Verfahrens und mittels "verlorener" Kerne
in einer stetigen Produktionsstrasse, können auch beliebige nicht runde produkte
hergestellt werden0 Gegenstande mit nach aussen hin hohlen Bereichen werden zunächst
mit einem ensprechend nach aussen aufgeblähten Bereich gewickelt Danach wird der
aufgeblasene Kern entspannt und kann das Laminat entsprechend nach innen gedrückt
werden, zur Bildung der Hohlbereiche.
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Stetig rotierende Formgebung Bis jetzt wird die rotierende formgebung
ausschliesslich auf die Herstellung von vollständig geschlossenen Gegen
stände
wie Tanks angewandt . An der Wandung der geschlossenen Form, auf die manchmal eine
Verstärkungschicht aufgetragen wird, findet die polymerisation aus einer Vorpolymerlösung
statt. Die Formwände dienen hier als rrpolyme risationskernrr . Die Behälterform
wird dauernd um mindestens zwei Achsen rotiert (manchmal Programm- gesteuert) damit
sämtliche Teile benetzt schliesslich gleichmässig mit polymerisiertem Kunststoff
beschichtet werden, bis die Lösung erschöpft ist.
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Auf diese Weise werden z.B. Nylon (Warenzeichen) Behälter hergestellt0
Seit 1974 ist es auch möglich, das interessante Nylon 12 (warenzeichen) Material
in dieser Weise zu polymerisieren. Bei der reinen Rohrherstellung wird lediglich
eine horizontale Rotationsachse parallel zur Rohrachse benötigt.
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Für die kontinuierliche Rohrherstellung wird eine horizontale Trommel
mit der Vorpolymerlösung benötigt.
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Ko-axial zur Trommel, an derem hinteren Ende ist eine erfindungsgemässe
Vorrichtung angeschlossen, für ie der Radius des Kerns 2 der gleiche ist wie der
Trommelradius. Der Kern 2 und die Trommelendwand drehen sich mit der gleichen winkelgeschwindigkeit.
Fasern 6 werden von sämtlichen spulen 12 durch Öffnungen in den Kern 2 hineingeführt
und von dort in und durch die Trommel parallel zur Trommelachse ohne Verwindung
geführt. Dieses
Vorgang war bisher von einem stationären Spulengestell
nicht ohne verdrehung der parallel austretenden Fasern 26 möglich. Für die erfindungsgemässe
Fertigung ergeben sich nun zwei Möglichkeiten: (a) Falls die Trommel mit einem Material
ausgekleidet ist, welches die Polymerisation auf der Trommelwandung verhindert,
bleibt die Trommel stehen, während die umlaufenden Fasern durch öffnungen im Trommelzylind
er eingeführt und auf den von axialen Fasern 20 gebildeten /werden rohrförmigen
Körper aufgewickelt/. Die genannten umlaufenden masern werden dabei von einem stätionären
Spulengestell abgezogen. Im vorliegenden Falle dienen ausschliesslich die Fasern
als "Polymerisationskerne". Die Vorderwand der Trommel bewegt sich nicht relativ
zur vorderen Wand0 Das endgültige polymerisierte Rohr verlässt sie Trommel durch
eine Lippendichtung an der Vorderwand.
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(b) In Fällen, wo ein gewisser Grad an polymerisation an den zylinderwänden
stattfindet, dreht sich der zylinder der Trommel gemeinsam mit den Endwänden0 Die
Umfangsfasern werden von einer zweiten bzw. gegebenenfalls sogar dritten erfindungsgemässen
Vorrichtung zu-eführt, wobei die Trommel mit den Uffnungen den bzw die Kern (e)
2" dieser den Umfang wickelnden Vorrichtungen bildet.
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Vorteile der Arbeitsweise 1. Direkt polymerisierbare Kunststoft, die
bisher nur in absatzweisen Verfahren verwendbar waren, können nun auch für die Massenherstellung
von faserverstärkten Rohren oder sonstigen profilen verwendet werden0 Auch hier
wird wieder die bestmögliche Art der Rohrverstärkung erzielt.
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2. Das gleiche prinzip lässt sich auch auf ein zentrifugales Giessverfahren
anwenden. Falls dieses diskontinuierlich stattfindet, kann stets genug Naser in
der Maschine für die Wicklung einer Rohrlänge gespeichert werden, ohne die wickelrichtung
ändern zu müssen.
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Die genannten Beispiele geben lediglich einen überblick über einige
der wichtigsten Anwendungsgebiete der erfindungsgemässen Vorrichtung auf einige
wichtige Herstellungsverfahren.
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Im folgenden werden noch weitere Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung
kurz umrissen Kern bewegt atoh vorwärts und rückwärts Eine geringfügige Abwandlung
der in den letztgenannten beiden verfahren verwendeten vorrichtung sieht vor, dass
der
Kern 2 nicht in Bezug auf den Träger 3 stillsteht, Sondern sich relativ zu diesem
mit einer bestimmten Geschwindigkeit hin und her bewegt und sich gleichzeitig mit
der gleichen Winkelgeschwindugkeit dreht. In dieser Weise ist es möglich, verschiedene
Schichten axial und umlaufend angeordneter Fasern in einem zentrifugalem Giessrotor
einzulegen. Die Einrichtung zum Legen der umlaufenden Fassern und zum Giessen des
Harzes sind am beweglichen Kern befestigt. Diese Verfahrensalternative wird z.B.
für den Guss grosser Behälter von unterschiedlichem Durchmesser vorgeschlagen.
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Änderung der Kernachsenrichtung: Ein weiterer Erfindungsvorschlag
zur Abwandung des Grundgedankes der Vorrichtung sieht vor, die Richtung der normalerweise
koaxialen Lage der Achse des Kerns 2 zur Mittellinie der Vorrichtung zu ändern.
Verwendet man einem @erlerenen Kern als Auskleidung, so lassen sich auch grosse
Hochdruckbehälter in einem Stück mittels des erfindungsgemässen Faserwickelverfahrens
herstellen Bei der Herstellung grosser Behälter ist die hohe Wickelgeschwindugkeit
ein Vorteil und gestattet eine schnell@re Arbeitsweise als bisherige Maschinen.
Ein weiterer Vorteil für grosse Behälter wird darin gesehen, dass die den Behälter
selbst tragende Achse an der schnellen Rotation nicht teilzunehmen braucht, (was
gegebenenfalls ernste Unwuchtprobleme ausschaltet, sondern lediglich geringfügigen
Bewegungen
unterworfen wird, die die gleichmäsige Bedeckung der ganzen Behälteroberfläche mit
Wicklungen bezweckt. Im Falle sehr grosser und schwerer Behälter ergibt sich auch
die Möglichkeit, die Vorrichtung so abzuwandeln, dass diese sich um die Achse des
völlig stätionären gehälters bewegt. In diese' Weise liessen sich mittels der erfindungsgemässen
Vorrichtung auch Behälter mit im Vergleich zum Stand der er Tech@ aussergewöhnlich
grossen Dimensionen und mit aussergewöhnlich hoher Herstellungsgeschwindigkeit herstellen.
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Bewegung der Vorrichtung längs der Kernachse Für die Wicklung von
Fasern um sehr grosse lange und mehr oder weniger rotationssymmetrische Gegenstände
kann es zweckmässiger sein, die Vorrichtung entlang der Achse sehr grosser und umfangreicher
Gegenstände zu bewegen, die selbst unbeweglich sind, und e r unDeweglichen Kern
bilden. Hierzu wird z.B. vorgeschl sehr umfangreiche aufblasbare Kerne mit Wasserstoff
ode~ Helium zu füllen, und damit eventuellen Schwierigkeiten mit dem Gewicht der
aufgewickelten Fasern, bzw. der Unterstützung des Kerns zu begegen. Diese Unterstützun
könnten dann gegebenenfalls auf die Enden des Kerl beschränkt bleiben. Dieser Vorschlag,
in Kombination it zwei oder mehr erfindungsgemässen Vorrichtungen mit gegensinnigen
Rotationsrichtungen, sowie eine entsprechend
Anbringung von Vorrichtungen
zur Legung der axialen Fasern bietet sich auch für die Herstellung aussergewöhnlich
grosser Gegenstände (selbst von Schiffen) in einem Stück an.
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Die unmittelbare Auftragung von Kunststoff auf den Kern: Die Kunststoffzufuhr
durch eine an zwei zueinander beweglichen Ringhälft en bestehenden Zufuhreinrichtung
wie sie im Filmbenetzungsverfahren verwendet wird, und die dann an der Vorrichtung
angebracht wird, beschränkt sich nicht auf die Verwendung einer Faserbenetzungsrolteneinrichtung
bei der Rolleinrichtung 11. Die am Träger 3 befestigten Kunststoffbehälter können
den Kunststoff auch unmittelbar auf den Kern mittels Sprühköpfen oder Aufwalzeinrichtungen
oder einer Kombination von beiden auftragen, und zwar so, dass bei jeder Drehung
eine Kunststoffschicht aufgetragen wird. Die einzelnen Komponenten eines schnell
erstarrenden Kunststoffsystems wie z.B. Polyurethan, können dann durch getrennte
Leitungen einem unmittelbar dem Sprühkopf vorausgebend'r1 Mischkopf zugeführt werden.
In dieser Weise unterliegt der Kunststoff nie schädlichen Zentrifugalkräften, und
daraus ergibt sich eine theoretisch praktisch unbegrenzt hohe Wickelgeschwindigkeit.
Das ist besonders wichtig für die im vorigen Absatz vorgeschlagene Herstellung von
aussergewöhnlich grossen Körpern.
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Auf diese Weise können praktisch sämtliche Kunststoffarten verarbeitet
werden: z.B praktisch alle Thermoplasten (sofern die zufuhrleitungen beheizt werden),
praktisch sämtliche Duroplasten und auch andere gerkstoffe wie Beton, Die Einrichtung
mittels derer der Kunststoff auf die Kernoberfläche aufgetragen wird, kann ausserdem
mit Heizeinrichtungen zur Erhöhung der Abwindegeschwindigkeit versehen werden
L
e e r s e i t e