DE2903019A1

DE2903019A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von rohrfoermigen hohlkoerpern sowie anwendung derselben

Info

Publication number: DE2903019A1
Application number: DE19792903019
Authority: DE
Inventors: Ludwig Prof Dr Wesch
Original assignee: Individual
Current assignee: HeidelbergCement AG
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1979-01-26
Publication date: 1980-07-31
Also published as: GB2045889B; FR2447264B1; ES495524A0; US4657623A; ES8100961A1; DE2903019C2; ES488696A0; ES8106435A1; FR2447264A1; GB2045889A

Description

Patentanwälte

p. Ing. Hans-Jürgen Müller . rer. nat. Tliomas Berendt

Dr.-Ing. lians Leyh O Q η Q Π1

lucIle-Grahn-Sfraße 38 D 8 MönAen 80 4 3 U 4 U i

HJM/H

Professor Dr. Ludwig VT_esch, 6900 Heidelberg, Görresstraße

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von rohrförmigen Hohlkörpern sowie Anwendung derselben

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten G-attung sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und auf Anwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung. Zu den nach der Erfindung herzustellenden Hohlkörpern zählen insbesondere Rohre, obgleich auch andere Hohlkörper, wie Behälter, beispielsweise kugelförmige Behälter, betroffen sind.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Rohren bekannt (FR-PS 70 070 35)- bei dem auf einen Wickeldorn wendelförmig und sich überlappend Bänder aufgewickelt werden, die aus einer Deckschicht und einer Kernschicht bestehen. Die Deckschicht ist hierbei vor allem aus Papier, Gewebe od.dgl gebildet, während die Kernschicht aus einem "Kunststoffmörtel" besteht, der neben Kunststoff^beispielsweise Polyesterharz, Epoxydharz od -dgl ._ß Glasfasern als Füllstoffe aufweist. Dieser "Kunstsfcoffmörtel" bildet gewissermaßen einen Abstandhalter für die Deckschicht beim Aufwickeln auf den Wickeldorn bzw. die bereits auf den Wickeldorn aufgewickelten unteren Bandlagen. Die Kernschicht wird dadurii auf die Deckschicht aufgetragen, daß der "Kunststoffmörtel" bzw. das Kernschichtmaterial aus einem sich nach unten verjüngenden Trichter auf die als Trägerband ausgebildete Deckschicht fällt, die zusammen mit der darauf aufgeschütteten Masse durch den von zwei Walzen gebildeten Spalt läuft, so daß der Walzen-

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spalt die Dicke bestimmt. Das die Deckschicht bildende Trägerband dient hierbei gleichzeitig als Förderband. Es hat sich jedoch gezeigt, daß derart hergestellte Rohrkörper in sich vielfach keine genügende Festigkeit aufweiasn und die Delaminierungsgefahr zwischen Deck- und Kernschicht einerseits und zwischen der Deckschicht der einen Bandlage und der Kernschicht der darüber gewickelten Bandlage nicht gerade klein ist, sofern nicht zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, die einen sehr hohen herstellungstechnischen Aufwand bedeuten, oder sofern nicht sehr teure Spezialwerkstoffe zur Anwendung gelangen.

Im Rahmen dieser Verfahrensgattung ist es auch bekannt (US-PS 2 614 058) die Deckschicht erst nach dem Aufbringen der Kernschicht auf den Wickeldorn dadurch herzustellen, daß ein Band oder Fäden wendelförmig über die Kernschicht gewickelt werden. Der Herstellungsaufwand hierfür ist noch größer und auch hier ergeben sich Probleme, wenn auf eine möglichst innige Verbindung zwischen der Deck- und Kernschicht Wert gelegt wird. Dies ist auch dann der Fall, wenn Deck- und Kernschicht nicht rings um einen Wickeldorn gewickelt, sondern innerhalb eines als Hohlkörper ausgebildeten "Rohrkörpers¹¹, der hier auch noch als unter die Gattung "Wickeldorn" fallend betrachtet werden soll, so angeordnet werden, daß sie sich an die Innenseite dieses "Wickeldornes" anlegen. Im Rahmen dieser Alternative ist es auch bekannt (US-PS 3 232 812), das aus einem Fülltrichter unten auslaufende Kernschichtmaterial in einen Walzenspalt einlaufen zu lassen, der einerseits von der ringförmigen Innenseite des "Wickeldorns" und andererseits von einer Umlenkwalze gebildet wird, die sich innerhalb des "Wickeldornes" befindet und zum Zuführen der als Band ausgebildeten Deckschicht dient.

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Schließlich ist es bekannt, mit Kunstharz getränkte Glasfaserrovings wendelförmig auf Hohlkörper aufzuwickeln, um hierdurch die Festigkeitseigenschaften derselben zu verbessern (US-PS 3 177 902 und 3 874 972).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein vereinfachtes Verfahren Hohlkörper mit guten Eigenschaften insbesondere hoher Festigkeit auch unter dynamischen Belastungen zu erhalten; hierfür ist eine gute Verbindung der Deck- und Kernschichten mit-einander wesentlich, um der Delaminierungsgefahr zu "begegnen.

Die Erfindung und weitere Ausbildungen derselben sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung wird dafür gesorgt, daß die Kernschicht bereits vor dem Aufwickeln auf den Wickeldorn in sich weitgehend gleichmäßig komprimiert und mit der Deckschicht in Verbindung gebracht wird und daß die dann beim Aufwickeln entstehenden Zugkräfte zu einer Begünstigung dieser Wirkung beitragen. Dadurch, daß nicht etwa wie beim Durchlaufen der Kernschicht durch einen iValzenspalt ein seitliches Ausweichen des Kernschichtmaterials möglich ist, sondern dieses seitliche Ausweichen durch ein als Kompressionstunnel ausgebildetes Steueraggregat vermieden wird, gelingt weitgehend das Vermeiden von Inhomogenität im fertigen Hohlkörper, die bisher - wie sich nunmehr ergeben hat - vielfach Ursache für Spannungsrisse und daher zu geringe Belastbarkeit der Hohlkörper waren.

Unter einem solchen Kompressionstunnel wird daher 050031/0374 - ¹² -

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ein Steueraggregat verstanden, das das Material der Kernschicht und gleichzeitig der Deckschicht praktisch vollständig umschließt, so daß es nicht nur zur Steuerung der Dicke dieser beiden Schichten dient, sondern auch als echtes Kompressions- bzw. Verdichtungselement auch an den Rändern zur Wirkung gelangt.

Der Vorteil dieser Merkmalskombination besteht auch darin, daß die Deckschicht selbst nicht nur aus einem Trägerband bestehen kann, sondern bei der das Trägerband oder Rovings nur einen Teil bilden und beispielsweise per se im Deckschichtmaterial eingebettet sind, das insbesondere eine gleichartige Zusammensetzung wie das Kernschichtmaterial aufweist, wodurch eine besonders gute Homogenität des gesamten Hohlkörpers erzielbar ist. Insofern sind auch Trägerbänder und Rovings für die Deckschicht anwendbar, die Durchbrechungen aufweisen, durch die Kernschichtmaterial hindurchrutschen würde, was man nach den bisherigen

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Verfahren/ bei denen die als Trägerband ausgebildete Deckschicht als untere Begrenzung der Kernschicht Deckschicht-Einheit innerhalb des Steueraggregats und zwischen diesen und dem Wickeldorn diente. Bei der Erfindung kann dagegen aufgrund der zwangsläufigen Verdichtung des Materials dieser Kernschicht-Deckschicht-Einheit ein solcher "Kunstharzmörtel" auch unterhalb des Trägerbands bzw. an der der Kernschicht abgewandten Seite desselben beim Verlassen des Kompressionstunnels vorhanden sein, so daß beim Auflaufen der Kerrischicht-Deckschicht-Einheit auf ■ den Wickeldorn an der Außenseite solches Material und nicht etwa nur an/mfnr oder weniger glatten Trägerbandseite vorhanden ist. Die vorteilhafte Folge dieser Maßnahme ist eine bessere Verbindung

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beim Darüberwickeln weiterer Kernschicht-Deckschicht-Einheit, ohne daß Zwischenmaßnahmen, wie das AuÄpmhen eines Klebmittels, erforderlich würden.

Mit anderen Worten wird bei der Erfindung dafür Sorge getragen, daß das Material, das für die Kernschicht und ggf. auch für einen Teil der Deckschicht verwendet wird, innerhalb des Steueraggregats mit einem Trägerband, das einen Teil der Deckschicht bildet, nicht nur in Kontakt gelangt, sondern mit diesem aufgrund des sich in Förderrichtung hinsichtlich seines freien Durchtrittsquerschnitts verjüngenden Kompressionstunnels aufgepreßt wird; beim Aufwickeln dieser Schichteneinheit auf den Wickeldorn wird das die Kernschicht und ggf. ein Teil der Deckschicht bildende pastöse, jedoch härtbare Material unter Zug mitgenommen, wodurch eine weitere Kompression bzw. Verdichtung dieses Materials erfolgt, so daß der Elastizitätsmodul des auszuhärtenden Materials gegenüber dem ausgehärteten, jedoch nicht erfindungsgemäß komprimierten Materials zu einem Maximum wird.

Wenn oben dargelegt wurde, daß der Kompressionstunnel den Querschnitt der Kernschicht-Deckschicht-Einheit bestimmt und diesen praktisch allseitig umgibt, so gilt dies insbesondere für das mehr oder weniger pastöse bzw. viskose Material, das dem Kompressionstunnel beispielsweise durch einen Trichter oder durch einen Drückschlauch, d.h. einen Zwangsfcrderer, zugeführt wird. Dagegen kann der Kompressionstunnel Spalte aufweisen, durch die ein Teil des Trägerbandes nach außerhalb des pastösen bzw. viskosen

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Material bestimmenden Querschnittes gelangt, wie dies in Ausführungsbeispielen auch anhand der Zeichnung noch erläutert wird- Auf diese Weise weist die den Kompressionstunnel verlassende Kernschicht-Deckschicht-Einheit einen Hauptteil und einen anhängenden Nebenteil auf. Der Hauptteil wird bestimmt durch die Stelle geringsten Durchlaufquerschnitts des Kompressionstunnels, durch die zumindest Teile des Trägerbandes, ggf. Rovings und andere zugeführte Formteile sowie durch die durch den Zwangsförderer zugeführte Masse/ die zweckmäfig'erweise aus Kunstharz und Zuschlägen bzw. Füllstoffen besteht. Der Nebenteil wird bestimmt durch die durch den Spalt des Kompressionstunnels nach außerhalb jenes freien Durchlaufquerschnitts ragenden Teile des Trägerbandes. Läuft diese aus dem Haupt- und Nebenteil bestehende Einheit auf den Wickeldorn auf und findet dort ein insbesondere wendeiförmiges Wickeln statt, dann wird einer gewissen Wulstbildung beim Überlappt-Wickeln benachbarter Lager im wesentlichen vorgebeugt, da der Nebenteil eine im Vergleich zum Hauptteil vernachlässigbare Dicke aufweist. Trotzdem wird dafür gesorgt, daß eine gute Verankerung benachbarter ■Randlage erzielt wird, da der Nebenteil bzw. der diesen Nebenteil bildende Teil des Trägerbandes in die Nachbarlage integriert wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Nebenteil aus der Ebene der "Randlage heraus umzulenken, was sich insbesondere dann empfiehlt, wenn die betreffende Bandlage an der Stirnseite des fTohlkörpers zu liegen kommt. Hierbei ist es zweckmäßig, diesen Nebenteil bzw. das hiervon gebildete "Seitenband" hochzustellen, so daß es in einer auf die Wickeldornachse senkrechtstehenden Ebene angeordnet wird.

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Die Kernschicht-Deckschicht-Einheiten, die den Kompressionstunnel verlassen, sollten eine Dicke zwischen 3 und 40 mm, insbesondere 10 mm, aufweisen. Sollten dickwandigere Hohlkörper, insbesondere Rohre, erwünscht sein, so ist es zweckmäßig, mehrere solcher Einheiten übereinander bzw. aufeinander aufzuwickeln. Ist die Breite der Einheit geringer als die Länge des Hohlkörpers, dann empfiehlt sich die Anwendung des Schrittschalt verfahr ens, wonach zuerst praktisch eine Lage des Hohlkörpers durch wendelförmiges Aufwickeln der Deckschicht-Kernschicht-Einheit erfolgt, worauf wiederum wendelförmig im Rücklauf bzw. Gegenlauf die nächste Lage über der untersten Lage aufgewickelt wird.

Es hat sich gezeigt, daß die Erfindung sehr viele Vorteile in der Rohrherstellungstechnologie bietet. So sind sehr stabile glasfaserverstärkte Rohre mit verhältnismäßig niedrigen Herstellungskosten herstellbar, die auch großen dynamischen Belastungen standhalten. Die Hohlkörper werden hierzu nach dem Verfestigen der auf den Wickeldorn aufgewickelten Einheiten bzw. Bandlagen vom Wickeldorn abgezogen.

Als Bindemittel für die die Kernschicht und insbesondere teilweise die Deckschicht bildende Masse empfiehlt sich die Verwendung von Kunstharzen, für die im folgenden noch Beispiele genannt werden, die sich besonders bewährt haben. Neben Thermoplaste sind auch Duroplaste anwendbar.

Als Zuschlag- bzw. Füllstoffe für diese Masse können neben Fasern, insbesondere Glas- und Asbestfasern, auch die beim Zementbeton bekannten Zuschlagstoffe, wie Quarzsand, Quarzmehl und auch andere, insbesondere wärmedämmende Mittel aus Bims, Blähton od.dgl. verwendet werdeiQ.30031/0374

Zur Verstärkung können bei der Erfindung die schon bekannten Rovings, insbesondere aus Glasfasern, dienen.

Als Trägerband sollte zweckmäßigerweise - zur besseren Verbindung mit der anderen Masse - ein solches verwendet werden, das zumindest Aussparungen, besser jedoch Durchbrechungen aufweist, so daß sich die Masse nicht nur mechanisch am Trägerband verankert, sondern durch dieses sogar hindurchtreten kann und hierdurch das Trägerband in die Masse regelrecht einbettet. Zu diesem Zweck eignet sich nicht nur ein thermoplastische Folie, sondern vor allem ein Gewebe, und es empfiehlt sichjein solches zu verwenden, dessen Kett- und Schußfäden so angeordnet sind, daß die beim Aufwickeln auf den Wickeldorn auftretenden Zugkräfte keine Breitenänderung des Trägerbandes veranlassen. Andernfalls u. U. würden durch die Erfindung erzielte Vorteile hinsichtlich der homogenen Verdichtung im Kompressionstunnel teilweise wieder zunichte gemacht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Trägerband, die Rovings oder ggf. andere eingebettete Formkörper vor dem Einlaufen in den Kompressionstunnel mit Kunstharz getränkt bzw. vorimprägniert werden, wodurch die Haftfähigkeit, insbesondere auch durch chemische Bindungen, zwischen diesen Formkörpern und der anderen Masse begünstigt wird.

Darüber hinaus empfiehlt es sich besonders, den Kompressionstunnel zu beheizen, damit die dort entlanglaufende Masse konsistenter wird bzw. deren Viskositäten sich vermindern. Trotzdem ist diese Deckschicht-Kernschicht -Einheit bzw. diese Bandlage beim Aufwickeln noch genügend konsistent, um den eingangs genannten Zugkrafteffekt zu ermöglichen.

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Neben der Herstellung von Rohren eignet sich die Erfindung vor allem auch zur Herstellung von Großraumbehältern, wie Silos, Kessel- bzw. Kesselwagenhauptteilen, Heizölbehälter, Drucktanks insbesondere kug-elartiger Form u.dgl..

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird diese angewendet zum Ummanteln von Heizungsrohren und Förder- oder Kanalisationsrohren, die bereits vorgefertigt sind und beispielsweise aus Stahl, Aluminium, einer Kupfernickeleisenlegierung, aus Steinzeug, Holz oder auch Papier bzw. Karton bestehen. In diesem Fall bilden diese Rohre den Wickeldorn und bleiben die darauf aufgewickelten Bandlagen nach dem Erhärten auf diesem Wickeldorn verankert. Diese Maßnahme ermöglicht eine cirfe.^ae und vor allem auch großtechnisch erzielbare Verbesserung solcher Rohre gegenüber Wärmeverlusten, elektrischer oder anderer Isolierfähigkeit und auch des Schutzes gegen Beschädigung, d.h. daß die Erfindung auch zu verpackungstechnischen Zwecken besonders günstig anwendbar ist.

Anhand der Zeichnung und besonderer Beispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Darin zeigenj

Fig. 1 schematisch im Querschnitt eine Anlage unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 die gleiche Anlage in Aufsicht;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Kompressionstunnel;

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Fig. 4 eine schematische Ansicht der auf einen Wickeldorn aufgewickelten Bandlagen kurz vor dem Aufsetzen einer Glattungswalze;

Fig. 5 eine andere Ausbildung der Erfindung schematisch im Querschnitt und

Fig. 6 eine Aufsicht auf ein aus drei Teilen bestehendes Trägerband.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird auf den als Walze mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeten Wickeldorn 1 eine Bandlage bzw. Kernschicht-Deckschicht-Einheit aufgewickelt, deren Querschnitt durch den Kompressionstunnel 5, d.h. dessen freien Durchtrittsquerschnitt an der dimensionsmäßig engsten Stelle oder Engstelle 23 (Fig. 5\ bestimmt ist. Das aus dem als Zwangsförderer dienenden Trichter 4 zulaufende Gemisch des vor a3.1em zur Bildung der Kernschicht dienenden Materials gelangt in Kontakt mit dem Trägerband 6 und Rovings 7 bzw. Rovingsstränge, die an der Eintrittsstelle 25 in den Kompressionstunnel 5 einlaufen. Das Kerngemisch bzw. die Masse läuft mit dem Trägerband 6 und den Rovings 7 durch den sich verengenden Kompressionstunnel 5, dessen Auslaufspalt-Dicke bzw. dessen Querschnitt an der Engstelle 23 mittels einer Verstelleinrichtung 9 einstellbar ist, die die obere Innenwand 5a (Fig. 3) um die Schwenkstelle 5c verschwenkt. Die Verstelleinrichtung 9 kann eine Schraube aufweisen. Die Verdichtung bzw. Kompression im Kompressionstunnel 5 gibt auch die Möglichkeit, die Masse derart zu verdichten, daß der Elastizitätsmodul zu einem Maximum gelangt.

Die pastöse bzw. plastische Masse, die durch den Trichter 4 zugeführt wird, hat gelegentlich unter-

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schiedliche G-ehalte an Kunstharz und Festkörperbestandteilen, sogenannten "Matrixwerkstoffen". Bei der Erfindung ist es möglich, insbesondere den Harzüberschuß - oder auch Matrixwerkstoffüberschuß während des Kompressionsvorgangs dadurch zu entfernen, daß insbesondere die Unterseite des Kompressionstunnels 5, beispielsweise gemäß Fig. 3 die untere Innenwand 5b mit Durchbrechungen 26 versehen ist. Die untere Innenwand 5b kann ein fein verteiltes System von Löchern aufweisen, aber auch aus einem feinen Drahtnetz bestehen. Zur Steuerung der Konsistenz der Masse kann dieses perforierte Bandsystem beispielsweise mittels eines Schiebers hinsichtlich seines Durchlaßvermögens gegenüber der Masse bzw. einzelner Massekomponenten verstellbar sein.

Auf dem bewegbaren Transportwagen 2, der über ein Lenksystem, beispielsweise mittels Führungsstangen 3, am Wickeldorn 1 - in dessen Achsrichtung - entlangläuft, befindet sich die Wickeleinrichtung für die Bandlage bzw. für die Kernschicht-Deckschicht-Einheit. Sie ist auf der Plattform des Transportwagens 2 aufgebaut und läßt sich in ihrem Winkel zum Wickeldorn 1 durch Halteschrauben 12 (Fig. 2) einstellen, wodurch in Verbindung mit der Geschwindigkeit des Transportwagens 2 längs des Wickeldornes 1 der "Wickelschritt" bei der Hohlkörperherstellung bestimmt wird. Die Plattform selbst ist auf einer vertikalen Zentriereinrichtung, beispielsweise auf vier Hydraulikzylindern 3a aufgebaut; diese erlauben, die Wickeleinrichtung in genauem Abstand zum Wickeldorn 1 einzustellen.

Über den Trichter 4, der eine motorbetriebene Förderschnecke {\ enthält, wird das Kernmaterial auf das Trägerband 6 gedrückt, das über die Walzen 6a, 6b, 6c, 6d durch ein Tränkbad 14 zugeführt wird. Die Roving-

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stränge 7 laufen über ein deren gegenseitigen Abstand bestimmendes Kämmelement 8 unter dem Trägerband 6 mit; die vorzugsweise genuteten Rollen 8a, 8b halten die Rovings 7 in ihrer Lage. Diese sind zweckmäßigerweise ebenfalls in einem Tränkbad mit Kunstharz getränkt. Die Auffangwanne 13 nimmt das durch den Boden bzw. die gelochte untere Innenwand 5 b hindurchtretende überschüssige Kunstharz auf.

"Die G-lättungswalzen 1Q dienen gemäß Pig. 4 dazu, beim Überlappt-Wickeln eventuell entstehende Wülste benachbarter Bandlagen zu glätten; hierdurch wird eine weitere Verdichtung und zwar nunmehr begrenzt auf den Uberlappungsbereich erzielt, was die Festigkeit sogar noch erhöht, ohne daß wesentliche Inhomogenität im Hohlkörper entsteht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn - z.B. anstelle des Trichters 4 oder in Ergänzung desselben - ein Druckschlauch als Zwangsförderer verwendet wird, an dessen Ende sich der Kompressionstunnel 5 anschließt: durch Anwendung von Druck wird die Masse durch den Druckschlauch und den Kompressionstunnel 5 gefördert.

Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausbildung des Kompressionstunnels 5 ist ersichtlich, daß sich dieKernmasse strikt innerhalb des freien Durchtrittsquerschnitts befindet, der durch die obere Innenwand 5a, die untere Innenwand 5b und die Seitenwände 15a» 15b bestimmt ist. Lediglich ein Teil des Trägerbandes 6 ragt durch den Spalt zwischen der schräggestellten Seitenwand 15a und der unteren Innenwand 5b in den Seitenkanal 24; dieser Nebenteil bzw. Rand 6e des Trägerbandes 6 wird um 90° nach oben umgelenkt.

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Die etwas schräge Neigung der einen Seitenwand 15a hat sich insofern als vorteilhaft erwiesen, als hierdurch kein strikt rechteckig geformter Querschnitt der Bandlage bzw. des Hauptteils der Kernschicht-Deckschicht-Einheit erzielt wird. Der im Querschnitt dreieckförmige Teil bzw. Zwickel 16 ist ein gewisser Materialüberschuß, der dafür sorgt, daß beim Auflaufen derBandlage auf den Wickeldorn 1 gemäß insbesondere Fig. 4 kein Spalt zwischen Wachbarwindungen 18 entstehen kann. Gleichzeitig legt sich der Rand 6e im Bereich der Strangüberlappung 19 über die jeweils vorhergehende Bandlage 18, ohne daß sich praktisch eine Wulst ergibt, was erst bei dickeren Schichten nach der übertriebenen Darstellung in Fig. 4 dann erfolgt, wenn der Rand 6e ebenfalls mit Kernmasse bedeckt bzw. in diese/eingebettet ist.

IJm die Vorrichtung auch an solche Maschinen anbringen zu können, die nur einen geringen Abstand zwischen dem Wickeldorn 1 und dem Wagen 2 besitzen, hat es sich als günstig erwiesen, den Trichter 4 gemäß Fig. 5 mit einem zur Vorverdichtung dienenden unteren Trichterteil, mit nach unten divergierenden Wänden, zu versehen. Innerhalb des Kompressionstunnels 5 ist hierbei noch eine

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schräggestellte Ablenkwand/ unmittelbar unterhalb dieses unteren Trichterteils 20 angeordnet, um eine gewisse Vorablenkung der vom Trichter 4 zugeförderten Kernmasse vorzunehmen. Es versteht sich, daß di^^du^fi^ Kernmasse derart auf den Vorschub des Trägerbandes 6 bzw» der Rovings Y abgestimmt sein soll, daß im eigentlichen Kompressionstunnel 5 keine Materialstauung stattfindet. Durch Messung der Geschwindigkeiten und Fördermenge insbesondere über die Drehzahl der Förderschnecke kann die Steuerung automatisch unter Zuhilfenahme elektronischer Apparaturen erfolgen.

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Der Vorteil dieser Anlage mit "doppelter Kompression" ist dadurch gegeben, daß der Förderstrang und die Rovingstränge durch den in der Länge stark verkürzten Kompressionstunnel 5 zugentlastet werden und trotzdem gleichzeitig ein optimale Materialverdichtung erreicht wird.

Eine weitere Vereinfachung besteht darin, daß der Kompressionstunnel 5 in verkleinerter Ausführung direkt am Trichter 4 angeflanscht und diese Anlage direkt am Rand des Wickeldornes 1 angesetzt wird, so daß das komprimierte Kernmaterial sofort an den Wickeldorn 1 gelangt.

Wie bereits dargelegt, sollten das Trägerband 6 und ggf. die Rovings 7 vor dem Einführen in den Kompressionstunnel 5 mit Harz getränkt sein, was im Tauch- uiid/cder Spritzverfahren geschehen kann. Durch Infrarotbestrahlung kann das Tränkharz vorpolymerisiert sein. Findet auch im Kompressionstunnel 5 bereits eine gewisse Vorheizung statt, so wird die Gesamtaushärtezelt des hergestellten Rohres nach dem Aufwickeln auf den Wickeldorn 1 verkürzt .

Im übrigen kann auf den Wickeldorn 1 vor dem Aufwickeln der ersten Bandlage eine Schicht, insbesonders eine armierte Gelcoatschicht, aufgebracht sein. Auf diese kann auch zuerst eine innere Deckschicht aufgewickelt werden, indem Rovings 7 allein oder zusammen mit dem Trägerband 6 ggf. zusätzlich einer gewissen Kernmaterialmenge aufgewickelt werden.

DasTrägerband 6 besteht zweckmäßigerweise aus dünnem

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Glasgewebe in Form eines dreidimensionalen Gebildes, obwohl auch Gewebe oder Vliese aus organischen Fäden verwendbar sind.

Für Rohre eines TTenndurchmessers von beispielsweise 30 cm ist es zweckmäßig, die Dicke der Kernschicht zwischen 3 und 15 mm zu wählen. "Bei einer Umstellung der Herstellung auf Rohre eines Nenndurchmessers von 60 cm empfiehlt sich dann, ohne Änderung des Kompressionstunnels 5 zwei Bandlagen übereinander zu wickeln; in manchen Fällen kann durch Änderung der Engstelle des Kompressionstunnels 5 die Schichtdicke der Bandlage verändert werden. Es hat sich gezeigt, daß es besser ist, mehrere Bandlagen bzw. Kernschicht-Deckschicht-Einheiten verhältnismäßig niedriger Dicke übereinander anzuordnen, wenn die Schubfestigkeit und die äußere Belastbarkeit insbesondere gegenüber Querkräften groß sein soll. Insbesondere bei auf Biegung beanspruchten Rohrgs soll dieses "Rohr-Sandwich-System" relativ steif eingestellt werden und die Spannungen werden dann so verteilt, daß die geringsten Spannungen im Kern auftreten und entsprechend der Elastizitätsmodul bei ungefähr gleicher Dehnung in den Außenschichten die höchsten Spannungen herrschen. Diese können insbesondere gemäß Fig. 6 dünn gehalten werden, wenn beispielsweise für das Trägerband 6 und Rovings 7 Materialien hoher Zug-Bruchspannung verwendet werden, beispielsweise Fäden aus Ε-Glas (Bor-Aluminium-Silikat), Kohle, Graphit, Bor, Wolfram oder auch dünne Stahldrähte. Das Trägerband 6 übernimmt gleichzeitig die Aufgabe, die Scherspannungen, die zwischen dem Kern e und der Deckschicht bzw. den Außenschichten ti, t2 auftreten, herabzusetzen. Hierbei sollte die Dettung der Deckschicht vorzugsweise das Doppelte oder noch mehr der Dehung der Kernschicht betragen.

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Beispiel

Für die Deckschicht empfiehlt sich folgende Zusammensetzung:

Harzmischung

ungesättigtes Polyesterharz 294 T der Fa. CDF Chemie

80 G-ew.Teile

Ungesättigtes Polyesterharz (Weichharz) 20 Gew.Teile

Methylethylketonperoxyd 1 Gew.Teil

Verzögerer . 0,1 Gew.Teil

G-lasseidenroving 60 Fäden 1 Lage

Polypropylengewebe 1 Lage

In 1 mm Schichtdicke sollten enthalten sein: 50 Gew.-$ Glas, 40 Gew.-^ Harzgemisch, 10 Gew.-fo organisches Gewebe. Der Elastizitätsmodul der ausgehärteten Deckschicht beträgt: E. = 160.000 Kp/cm , die Zug-Dehnung bei Bruch: 2 °/o und Zug-Dehnung bei Bruch der Biypropylenschicht > 8 %.

Für die Kernschicht wird folgende Zusammensetzung gewählt: Harzmischung

üngesättiges Polyesterharz 70 Gew.Teile 294 T

Ungesättigtes Polyesterharz 30 Gew.Teile

(Weichharz)

Methylethylketonperoxyd 1,5 Gew.Teile

Verzögerer 0,2 Gew.Teile

Mischung der Füllstoffe

Sand der Korngröße 0,8 - 1,2 mm 80 Teile

Geschnittene Glasfasern (7 - 12 mm lang) 10 Teile

Aerosil 3 Teile Quarz-ehl

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100 Teile der Füllstoffmischung werden in 20 Teile der Harzmischung eingetragen. Im ausgehärteten Zustand besitzt die Kernmischung einen Elastizitäts-

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modul Ec von 80.000 Kp/cm und die Dehnung bei Bruch beträgt ca . 1,6 <f„,

E"in solches Rohr hat bei einem Durchmesser von 30 cm eine Deckschichtdicke t von 1 mm, eine Kerndicke e von 15 mm, eine Steifheit S-, von 43.000 Kp cm; berechnet nach der Formel:

= ^E

+ 2

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Der Scheiteldruck bei Bruch gemessen nach DTH beträgt 3.500 kp/cm . Das Polypropylengewebe der Deckschicht kann auch durch ein Polyestergewebe oder eine Folie ausgetauscht werden. Bei der Fertigung empfiehlt es sich, das Rohr während der Polymerisation kurzzeitig über den Anschmelzpunkt der Gewebe zu erhitzen. Dies erfolgt teilweise durch die Polymerisationstemperatur und zusätzlich durch Wärme, welche von außen zugeführt wird. Damit läßt sich eine Verankerung des Gewebes zum besseren Schubausgleich in der Kernschicht einerseits und andererseits in den Fäden der Deckschicht erreichen.

Anstelle der Polyesterharze lassen sich auch andere, insbesondere duroplastische Harze verwenden. So haben sich Harze der Epoxidgruppe mit den verschiedensten Härtern, ferner Vinylesterharze, Maleinsäureharze, Phenolharze, Polymethacrylatharze und ähnliche bewährt. Alle Harze lassen sich untereinander in den einzelnen Schichten kombinieren, wobei beispielsweise je nsch Anwendung in der Kernschicht Polyesterharze und in der Deckschicht Epoxidharze verwendet werden.

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Besonders rationell wird der Vorteil der Erfindung, wenn im Kernmaterial organisches Harz durch anorganisches Matrix-Material ersetzt wird. So eignen sich hierfür Betonmischungen in der üblichen Zusammensetzung; darüber hinaus auch solche Betonmischungen, welche mit Glasfasern, beispielsweise Zirkoniumglas »Stahli'asern oder sonstigen Fasern auch organischer Art verstärkt sind. Bei derFertigung ist dann darauf zu achten, daß bei Verwendung von Polyesterharz oder anderen Harzschichten zuerst auf das Kernmaterial ein wasserverträgliches Epoxidharz aufgebracht wird.

Bei der Rohrherstellung wird es immer günstig sein, in den Außenschichten solche Harze zu verwenden, die antikorrosiv sind und gleichzeitig einen hohen Elastizitätsmodul zusammen mit den verwendeten Fäden ergeben.

Das Verfahren läßt sich nicht nur für Rohre aller üblichen Durchmesser verwenden, sondern es können auch Behälter gefertigt werden,, wobei es möglich ist, die Apparatur vor Ort beweglich aufzubauen, so daß sich Behälter bis zu 10 m Durchmesser und mehr herstellen lassen. Die Formgebung der Wickeldorne läßt zusätzlich die Fertigung von sich verjüngenden oder auch unrunden Körpern zu und damit auch die Herstellung von Masten jeglicher Art oder anderer Formkörper.

Es ist auch möglich, als Wickeldorn ein aus Thermoplasten gebildetes Rohr zu verwenden, in das eine G-lasfaserbandage thermisch eingepreßt ist, die aus radial und/oder axial angeordneten Rovings oder aus Geweben bzw. Matten besteht. Über diesen Wickeldorn wird dann, wie oben angegeben, das Kernmaterial aufgewickelt.

Wird Kernmaterial erfindungsgemäß auf beispielsweise Rohre aus Aasest, Zement oder Stahl aufgewickelt, so kann

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beispielsweise Asbest-Zement erheblich steifer und schlagsicherer gemacht werden und läßt sich auch in aggressiven Untergrund verlegen. Das gleiche gilt entsprechend für Stahlrohre, die sich als Förderrohre "off shore" in Meerwasser einsetzen lassen oder ebenfalls in aggressiven Böden, beispielsweise in Moorböden.

Erfindungsgemäß hergestellte bzw. bearbeitete Heizungsrohre sind vor allem im Pernheizungsbau und auch bei Chemieanlagen empfehlenswert.

Schließlich kann sich der Durchmesser des Wickeldorns auch nach einer Seite vermindern, so daß erfindungsgemäß auch Masten herstellbar sind.

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L e e r s e i t

Claims

Patentansprüche

,1„, Verfahren zur Herstellung von insbesondere faserver- \J stärkten rohrförmigen Hohlkörpern, die mindestens eine Deckschicht und mindestens eine Kernschicht aufweisen, bei dem die Deckschicht auf einen der Hohlkörperform im wesentlichen entsprechenden Wickeldorn derart aufgewickelt wird» daß die über eine Fördereinrichtung im Kontakt mit der Deckschicht gebrachte Kernschicht beim Wickeln als Abstandshalter für die Deckschicht dient/ cm Steueraggregat, durch das die Deckschicht mit der Kernschicht hindurchgefördert wird, die Dicke der Kernschicht beim Hindurchfördern steuert, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kernschicht dadurch mit der Deckschicht verbunden wird, daß zum Erzeugen von Kompressionskräften normal auf die Eerüschicht beim Hindurchfördern durch das Steueraggregat der Abstand der die Kern- und Deckschicht begrenzenden Wände desselben in Förderrichtung erheblich vermindert wird, und daß die Kernschicht mit der Deckschicht so auf den Wickeldorn aufgewickelt werden, daß Zugkräfte auf die Kernschicht einwirken«,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht unter im wesentlichen stetiger Verminderung des freien Durchtrittsquerschnitts des Steueraggregates durch dieses hindurchgefördert wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Durchtrittsquerschnitt des Steueraggregates während des Aufwickeins der Kern- und Deckschicht auf den Wickeldorn verändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kompressions- und/oder Zugkräfte so gesteuert werden, daß der Elastizitätsmodul des Hohlkörpers wesentlich größer wird als ohne Anwendung solcher Kräfte.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Kernschicht eine Kombination von Teilschichten verwende"tyfoird, die mindestens eine Lage nebeneinander verlaufender Rovings/enthalten.

/und/oder Folien und/oder Gewebe
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Kernschicht ein Kunstharz-Sand-Gemisch verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß/die Kernschicht eine Kombination aus einer Betonschicht und beidseitig derselben angeordneten wasserverträglichen Kunstharzschichten verwendet wird.

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8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kernschicht mit wärmedämmenden Zuschlag- bzw. Füllstoffen versehen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Deck- und/oder Kernschicht ein mit Fasern versetztes Gemisch verwendet wird«
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Deckschicht ein als Gewebe ausgebildetes Trägerband verwendet wird, dessen Kett- und Schußfäden so angeordnet sind, daß die beim Aufwickeln auftretenden Zugkräfte nicht zu einer Breitenänderung des Trägerbandes führen»
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Deckschicht ein aus Rovings gebildetes Trägerband verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Deckschicht ein mit Vertiefungen und/oder Durchbrechungen versehenes thermoplastisches Trägerband verwendet wird.

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13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rovings und/oder Trägerbänder vor dem Durchziehen durch das Steueraggregat mit einem Kunstharz getränkt bzw. vorimprägniert werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kern- und Deckschicht innerhalb des Steueraggregats vorerhitzt werden.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das Steueraggregat einen Kompressionstunnel (5) mit in Förderrichtung wesentlich abnehmendem freien Durchtrittsquerschnitt aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß an einer Innenwand (5b) des Kompressionstunnels (5) die Deckschicht entlang-läuft und die andere gegenüberliegende Innenwand (5a) verstellbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,

und

daß sich der durch beide Innenwände (5a, 5b/ Seitenwände (15a, 15b) begrenzte freie Durchtrittsquerschnitt des Kompressionstunnels (5) im wesentlichen stetig in Förderrichtung verjüngt.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch geleinzeichnet, daß sich der freie Durchtrittsquerschnitt des Kompressionstunnels (5) im wesentlichen geradlinig verjüngt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,

daß sich der freie Durchtrittsquerschnitt des Kompressionstunnels (5) zwischen der Eintrittsstelle (21) der Kernschicht in den Kompressionstunnel (5) und der dessen Austrittsdicke aus demselben bestimmenden Engstelle (23) auf weniger als 50 % der Anfangsdicke vermindert.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der freie Durchtrittsquerschnitt zwischen der Eintrittsstelle (21) und der Engstelle (23) auf weniger als 20 % der Anfangsdicke(im Bereich der Eintrittsstelle (21))vermindert.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kompressionstunnel (5) einen etwa trapezförmigen freien Durchtrittsquerschnitt aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kompressionstunnel (5) mindestens einen sich in Längsrichtung verlaufenden Seitenkanal (24)

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aufweint, durch den der Rand (6a) des Trägerbandes (6) entlang-läuft und aus der Deckschichteben* ablenkbar ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kompressionstunnel (5) an einem das Kernschichtmaterial zuführenden Trichter (4) angebaut ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kompressionstunnel (5) seitlich an den unteren Trichterteil (20) anschließt.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet,

daß sich der Kompressionstunnel (5) an einen das Kernschichtmaterial zuführenden Druckschlauch anschließt.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kompressionstunnel (5) mit mindestens einer Eintrittsöffnung (25) für das Trägerband (6) und/oder die Rovings (7) an derjenigen Seite versehen ist, die der Eintrittsstelle (21) des Kernschichtmaterials zugewandt ist.

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Λ-
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 Ms 26, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kompressionstunnel (5) eine Prallwand (22) aufweist, durch die sich das zugeführte Kernschichtmaterial bereits vor Auftreffen auf die Deckschicht bzw. deren Trägerband (6) vorverdichtet.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet,

daß die untere Innenwand (5b) des Kompressionstunnels (5) mit Durchbrechnungen (26) versehen ist.
29. Anwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung, nach einem der vorherigen Ansprüche zum Anbringen einer aus der Deck- und Kernschicht bestehenden Ummantelung auf als Wickeldorn dienenden Heizungsrohren.
30. Anwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Anbringen einer aus der Deck- und Kernschicht bestehenden Ummantelung auf als Wickeldorn dienenden Förder- oder Kanalisationsrohren.

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