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"Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger Hohlkörper,
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inæbesondere von Hohlwellen aus Faserkunststoff" Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger Hohlkörper, insbesondere von Hohlwellen
aus Faserkunststoff mit einem feststehenden, ringförmigen Wickelkopf und einem diesen
durchsetzenden und senkrecht zu diesem in wechselnder Richtung verschiebbaren, drehbaren
Wickeldorn, der bei jedem Durchlauf mit zumindest einer geschlossenen Wickellage
aus wendelförmig aufgelegten Fasersträngen versehen wird, die jeweils von einer
zum Wickelkopf ortsfesten Vorratsspule durch ein Imprägnierbad auf den Wickelkopf
geführt sind und zwischen Wickelkopf und Wickeldorn ein sich jeweils in Vorschubrichtung
des Dorns gegen diesen verjüngende Faserstranghülle bilden.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 27 36 125) sind
bei liegender Anordnung des W,ickeldorns die Vorratsspulen seitlich versetzt hierzu
auf einem Spulenträger angeordnet, und es werden die Faserstränge von den Vorratsspulen
über ein Imprägnierbad dem Wickelkopf zugeleitet, wobei zwischen Imprägnierbad und
Wickelkopf eine Reihe von Führungseinrichtungen vorgesehen ist, durch die eine Zuführung
der einzelnen Faserstränge auf den Wickelkopf erfolgt.
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Die Führungseinrichtungen bestehen aus mehreren, kammartig gestalteten
Führungsleisten, über die jeweils eineAnzahl von Fasersträngen geführt wird und
von denen, über den Umfang des Wickelkopfes verteilt, mehrere vorgesehen sind.
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Von den kammartig gestalteten Führungsleisten,laufen die vereinzelten
Faserstränge auf den Wickelkopf zu, und zwar unter unterschiedlichen radialen Winkeln.
Am Wickelkopf laufen die einzelnen Faserstränge auf sich axial erstreckende, zwischen
zwei Kopfteilen liegende Führungsstäbe auf, die quasi käfigartig den Dorn mit Abstand
umschließen, und verlaufen von hier gegen den Wickeldorn. Die vereinzelten Faserstränge
laufen damit unter ungleichen Winkeln auf den Wickeldorn zu und sind auch mehrfach
unterschiedlich umgelenkt. Die Folge ist, daß sich für die einzelnen Faserstränge
unterschiedlichen Fadenspannungen ergeben. Diese wirken sich nach dem Entdornen
dahingehend aus, daß der so gewickelte Hohlkörper bezüglich der einzelnen Faserstränge
unter unterschiedlichen Spannungen steht, uor damit in sich. bereits inhomogen gewickelt
ist. Die F.olge sind Verzüge und unterschiedliche Belastbarkeit der Wellen, so daß
diese insbesondere bei höherer Anforderung an die Präzision, wie sie beispielsweise
bei Präzisions-Gelenkwellen gestellt wird, den Ansprüchen nicht genügen. Des weiteren
ist die bekannte Vorrichtung im Aufbau verhältnismäßig kompliziert und zur Massenproduktion
von Wellen kaum geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß bei einfachem Gesamtaufbau derselben die einzelnen
Faserstränge unter gleicher Spannung stehen, um einen in sich homogenen Aufbau der
Welle zu errenhen, und zwar bei gutem Zugang zu Spulen, Imprägnierbad und Wickelkopf,
um ein einfaches Nachführen von gerissenen Fasersträngen zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Wickeldorn vertikal
angeordnet ist, daß die Vorratsspulen sternförmig um den Wickelkopf angeordnet sind
und daß die Faserstränge jeweils radial auf den Wickelkopf zulaufen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltun mit oufrechtstehendem Wickeldorn
ist es möglich, die Vorratsspulen in gleichmäßiger Verteilung sternförmig um den
Wickelkopf herum anzuordnen und so die einzelnen Faserstränge radial auf den Wickelkopf
zuzu -führen, so daß sich für die einzelnen Faserstränge beim Wickelvorgang praktisch
gleiche Spannungen ergeben. Die sternförmige Anordnung ermöglicht dabei zugleich
bei einfachem Grundaufbau das Arbeiten mit einer großen Anzahl von Fasersträngen,
die jezeins wendelförmig längs des Dornes verlaufend aneinander anschließen und
in sich geschlossene Wickellagen bilden, die je nach Vorschubrichtung des Wickeldornes
unter betragsmäßig gleichgroßen, aber vorzeichenmäßig unterschiedlichen Winkeln
verlaufen. Insbesondere erlaubt die Ausgestaltung gemäß der Erfindung auch einen
einfachen und ungefährlichen Zugriff, was bei Faserbrüchen, wie sie gerade bei empfindlichen
Fasern unvermeidlich sind, für.ein wirtschaftliches Arbeiten von großer Bedeutung
ist.
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Für den Wickelkopf ergibt sich bei einer derartigen Grundkonstruktion
ein sehr einfacher Aufbau, und es kann dieser durch zwei, lediglich über einen Ringspalt
geringer Höhe voneinander getrennte Auflageringe gebildet sein. Zwischen diesen
können gegebenenfalls noch in Längsrichtung des Dornes verlaufende Führungen für
die Faserstränge vorgesehen sein. Den Wickelkopf umschließend kann in einfacher
Weise das Imprägnierbad in Trog form angeordnet sein, wobei die Ausrichtung der
einzelnen Faserstränge beim Durchlaufen des Imprägnierbades bereits radial zum Wickelkopf
ist. Dies läßt sich bei einfachem Aufbau des Imprägnierbades und der darin vorgesehenen,
zugleich Walkschikanen bildenden Umlenkungen für die Faserstränge dadurch erreichen,
daß zur Umlenkung der Faser,trEnge im Imprägnierbad zum Wickelkopf konzentrische
Umlenkringe vorgesehen sind.
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Um mit einer großen Anzahl von Fasersträngen bei gutem Zugang zu den
Spulen arbeiten zu können, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Spulen gruppenweise
zusammengefaßt sind und wenn jeweils eine Mehrzahl von Einzel spulen radial zum
Wickelkopf hintereinander liegend angeordnet wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüche
und der nachfolgenden Beschreibung eines schematisierten Ausführt beispieles, anhand
dessen auch die Verfahrensweise nochmals erläutert wird, nach der erfindungsgemäß
mit der vorgeschilderten Vorrichtung gearbeitet wird. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte Schnittdarstellung der Vorrichtung, h Fig. 2 eine Teildraufsicht
auf die Darstellung gemäß Fig. 1, wiederum im Schema, Fig. 3 ein Endteil des Wickeldornes
mit schematischer Darstellung einer Faser unter Darstellung des Wickelwinkels und
der Umlenkung über die Stirnseite des Dornes, und Fig. 4 eine Draufsicht auf den
Dorn gemäß Fig. 3 bei Darstellung mehrerer Fasern, die stirnseitig.
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den Dorn überspannen Bei der in den Figuren schematisch dargestellten
Vorrichtung is.
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mit 1 der Wickeldorn bezeichnet, der über hier nicht dargestellte
Führungs- und Antriebseinrichtungen bei vertikaler Ausrichtung abwechselnd nach
oben und unten zwischen zwei Endlagen verschoben wird, und zwar unter Beibehalt
seiner Drehrichtung 2.
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Der Dorn 1 durchsetzt zentral den Wickelkopf 3 der Vorrichtung, der
durch zwei Auflage und Umlenkringe 4 u. 5 gebildet ist, welche geringem Höhenabstand
zueinander angeordnet sind. Dieser Wickelkopf 3 ist konzentrisch von'dem Trog 6
eines Imprägnierbades umschlossen, wobei innerhalb des Troges Führungs und Walkeinrichtungen
7 vorgesehen sind.
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Die beschriebene Vorrichtung ruht auf einem Vorrichtungsgestell 8,
das auf etwa gleicher Höhe mit Wickelkopf 3 und Imprägniertrog 6 mit. einer Plattform
, bevorzugt Tragarmen 9 fiir Vorrats.nn1on 10 versehen ist, von denen die Faserstränge
abgespult werden. Wie insbesondere auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Vorratsspulen
10 jeweils gruppenweise zusammengefaßt und es liegen dabei die Spulen einer Gruppe
auf einer Radialen zum Wickeldorn.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die jeweilige Spulengruppe aus
zwei Teilgruppen bestehen, wobei jeweils die Spulen einer Teilgruppe auf der Radialen
hintereinander liegen und die Spulen beider Teilgruppen in übereinanderliegenden
Ebenen angeordnet sind Die von den einzelnen Spulen 10 ablaufenden Faserstränge
können, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, im Bereich zwischen der insgesamt mit
11 bezeichneten Spulengruppe und dem radial weiter innen liegenden Trog 6 durch
einen Führungsschlitz 12 geführt sein, der mit einem Nadelöhr vergleichbar ist,
so daß für die einzelnen Faserstränge von diesem Führungsschlitz 12 aus eine im
wesentlichen gleiche Ausgangslage gegeben ist. Etwa im äußeren Randbereich des Troges
6 und gegenüber diesem leicht nach oben versetzt ist ein Führungsring 13 vorgesehen,
der, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, mit die einzelnen Faserstränge voneinander
trend nenden Führungsstiften 14 besetzt sein kann
Die einzelnen
Faserstränge werden - bezogen auf den Sektor 15 des Wickelkopfes 3, über den sie
einlaufen - radial ausgerichtet, so daß sich in ihrer Verlängerung ein gemeinsamer
Schnittpunkt etwa in der Drehachse des Wickeldornes ergibt.
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Über den jeweiligen Umlenkring 4, 5 des Wickelkopfes 3 laufen die
Faserstränge, wie aus Fig. 1 ersichtlich, gegen den Wickeldorn 1, wobei über den
Umfang'des Wickelkopfes 3 eine gleichmäßige Verteilung der Faserstränge gegeben
ist und wobei diese Faserstränge im Zulauf zum Wickeldorn 1 den Wickeldorn hüllenförmig
umschließen und dabei eine Sattelfläche 16 bilden. Diese Sattelfläche 16 läuft in
der jeweiligen Vorschubrichtung auf dem Wickeldorn 1 aus, auf dem, wie in Fig. 1
angedeutet, über die Faserstränge geschlossene Wickellagen geschaffen werden.
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Der Wickelwinkel , der sich aus dem gewählten Verhältnis zwischen
Drehgeschwindigkeit des Wickeldornes und axialer Vorschubgeschwindigkeit desselben
ergibt, beläuft sich im Ausführungsbeispiel auf etwa + 150 beziehungsweise bei entgegenge-0
setzter Vorschubrichtung - 15 Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dementsprechend
ein Dorn 1 bei der Herstellung der aus Faserkunststoff bestehenden Welle unter Beibehalt
seiner Drehrichtung 2 über seine ganze Länge mit mehreren geschlossenen Faserlagen
belegt, wobei jeweils die gesamte Wellenlänge in einem Durchgang mit einer Faserlage
überwickelt wird und aufeinanderfolgende Faserlagen durch Umkehr der Vorschubrichtung
des Wickeldornes aufgebracht werdeh.
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In den Umkehrlagen, also am Ende des Dornes 1 besteht dabei jewei.
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die Schwierigkeit, die Faserlagen zu fixieren, um ein Aufziehen der
bereits aufgebrachten Bewicklung beim Bewickeln in Gegenrichtung zu vermeiden.
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Auszugehen ist hierbei davon, daß der Dorn 1 nach Aufbringen einer
Wickellage mit seiner ganzen Länge durch den Wickelkopf 3 hindurchgelaufen ist und
nunmehr auf einer Seite des Wickelkopfes liegt, also beispielsweise unterhalb desselben.
Zwischen dem den Wickelkopf 3 benachbarten Ende des Dornes 1 und dem Wickelkopf
3 verlaufen dann, wie bereits geschildert, die Faserstränge in Form einer Sattelfläche
16.
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Wird der Dorn 1 in Gegenrichtung, also wieder zum Wickelkopf hin verschoben,
so ist eine geordnete Lage der Faserstränge in der Umkehrlage zunächst an sich nicht
gewährleistet, da bei der nun erfolgenden Bewicklung in Gegenrichtung die Sattelfläche
stich auf der anderen Seite des Wickelkopfes 3 ausbilden muß.
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Geht man von der Darstellung gemäß Figur. 1 aus, so ist in der durch
die angedeutete Vorschubrichtung nach unten erreichbaren unteren Endlage der Dorn
1 nach unten durch den Wickelkopf 3 hindurchgezogen und die von den Fasersträngen
beschriebene Sattelfläche 16 erstreckt sich ebenfalls nach unten. Kehrt sich die
Vorschubrichtung des Dornes 1 um, so müssen die Faserstränge die neutrale, radiale
Strecklage in Höhe des Wickelkopfes 3 durchlaufen, bevor sich die Sattelfläche in
Gegenrichtung ausbilden kann, nämlich nunmehr oberhalb des Wickelkopfes 3.
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Dies ist in geordneter Weise erfindungsgemäß dadurch erreichbar, daß
ausgehend von der Endlage mit nach unten orientierter Sattelfläche 16 bei Vorschub
des Dornes 1 nach oben zunächst die Drehgeschwindigkeit des Dornes erhöht wird,
so daß sich die Sattelfläche 16 einschnürt. Diese Einschnürung ermöglicht es, beim
Zulaufen des Dornes 1 gegen den Wickolkopf 3 die geordnete Faserlage aufrechtzuerhalten,
und zwar insbesondere in Verbindung mit einer entsprechenden Spannvorrichtung für
die Faserstränge. Diese Spannvorrichtung kann erfindungsgemäß in einfachster Weise
dadurch gebildet sein, daß der Führungsring 19 in Höhenrichtung federnd gegenüber
dem Trog 6 abgestützt ist und dadurch etwa überschüssige Faserstranglängen durch
ein Ausfedern nach oben auszugleichen
vermag. Durch die unmittelbare
Nachbarschaft des Führungsringes 19 zum Wickelkopf 3 ergeben sich, wenn überschüssige
Faserstranglängen ausgeglichen werden müssen, nur geringe Reibverluste, so daß die
Spannvorrichtung bei verhältnismäßig geringer Abstützkraft verzögerungsfrei ansprechen
kann. Der Dorn 1 nähert sich somit unter Aufrechterhaltung einer geordneten Lage
der Faserstränge und bei sich einschnürender Sattelfläche 16 dem Wickelkopf 3 und
erreicht die Mittellage zwischen den Umlenkringen 4 und 5. In dieser Mittellage
haben die Faserstränge im Zulauf zum Wickeldorn 3 eine Erstreckung in der Mittelebene
zwischen den Umlenkringen 4 und 5. Sie verlaufen dadurch über die Stirnseite des
Dornes 1. In Verbindung mit der Drehung des Dornes 1 und dessen Vorschub ergibt
sich dabei eine sogenannte geodätische Fadenablage auf der Stirnseite des Domes,
wobei, wie in Fig. 3 und 4 veranschaulicht, jeder Faserstrang tangential zum Dornansatz
1a über die Stirnfläche des Dornes verläuft und sich im Ablauf von der Stirnfläche
unter einem betragsmäßig gleichen Winkeln zu einertMantellinie des Dornes 1.wieder
auf diesen auflegt, mit dem er im Zulauf auf die Stirnfläche angekommen ist. Für
die beschriebene geodätische Padenablage gilt dabei, daß der Quotient zwischen dem
Durchmesser do des Dornansatzes 1a und dem Außendurchmesser da des Dornes 1 dem
Sinus des Wickelwinkels W entspricht.
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Um bei der hier vorgesehenen Fertigung endlich langer Wellen wirtschaftlich
zu einer kontinuierlichen Produktion kommen zu können, ist Grundvoraussetzung, daß
die Faserstränge in geordneter Weise jeweils auf den für die nächste Welle notwendigen
Dorn überführt werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, gegebenenfalls unter
Verwendung eines Zwischenstückes einen nächsten'Dorn an den jeweils bewickelten
Dorn anschließend vorzusehen und diesen Dorn -für die erste Wickellage - unter Aufrechterhaltung
der Vorschubrichtung des zuletzt bewickelten Dornes durch die Vorrichtung durchlaufen
zu lassen. Es werden so die Faserstränge auf den neuen Dorn zunächst überführt und
es kann dieser dann, wie vorstehend beschrieben, mit weiteren Wickellagen versehen
werden.
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Die Trennung zwischen den beiden durch die beiden Dorne getragenen,
zunächst noch verbundenen Wellen kann in einfacher Weise beispielsweise im Bereich
des Zwischenstückes vorgenommen werden let an den Wellenenden, beispielsweise zur
Verstärkung derselben, das Aufbringen einer Bandage oder dergleichen erwünscht,
so erweist es sich als zweckmäßig, eine Zusatzwickeleinrichtung 17 vorzusehen, über
die in der Umkehrphase oder bei Erreichen der Endlage eine entprechende Bandagierung
erfolgt. Eine solche Zusatzwickeleinrichtung ist in Fig. 1 bei 17 schematisch angedeutet.
über sie kann beispielsweise auch eine Festlegung der Faserstränge zu Beginn und
am Ende der Bewickelung einer Welle erfolgen.
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Im Imprägniertrog.6 sind, wie bereits erwähnt, Führungs- und Walkes
richtungen 7 vorgesehen, die im Ausfahrungsbeispiel durch drei Führungsringe 18
gebildet sind, über welche die Faserstränge, wie sich aus der Draufsicht gemäß Fig.
2 ergibt, innerhalb des Troges unter Beibehalt ihrer Ausrichtung geführt werden.
Nach Durchlaufen der Führungs- und Wa.lkeinrichtung 7 werden die Faserstränge aus
dem Trog nach oben, das heißt, dem Wickelkopf 3 zugeführt, wobei ein weiterer federnd
abgestützter Führungsring 19 zur Umleitung vorgesehen ist, der etwa in der Mittelebene
des Wickelkopfes 3 liegt Mit einer Vorrichtung der geschilderten Art lassen sich
hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten erzielen, da die sternförmige Anordnung der
Spulengruppen die gleichzeitige Aufbringung einer sehr,großan Anzahl von Fasersträngen
ermöglicht. Darüberhinaus ist der Zugriff zu den einzelnen Teilen der Vorrichtung
ohne Gefahr und jederzeit möglich, so daß bei einem etwaigen Reißen eines Fasarstranges
jederzeit eingegriffen werden kann. Insbesondere ist auch in einfacher Weise eine
überwachung für jeden Faden mit bekannten Mitteln möglich.