DE3330065A1

DE3330065A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen zylindrischer teile aus faserverstaerktem hitzehaertbarem harz

Info

Publication number: DE3330065A1
Application number: DE19833330065
Authority: DE
Inventors: Yoshichika Kawabata; Shuya Tsuzi; Rokuro Osaka Yamamoto
Original assignee: Yamamoto Kogyo KK; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; Yamamoto Kogyo KK
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-02-23
Also published as: GB2129764B; GB8322444D0; FR2531905B1; FR2531905A1; US4611980A; GB2129764A

Description

83/0503 Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von zylindrischen Teilen aus faserverstärktem, hitzehärtbarem Harz (im folgenden als FHH abgekürzt). "

Beim Herstellen von zylindrischen Teilen aus FHH ist es bekannt, nach dem sogenannten Fadenwickelverfahren auf die Außenseite einer zylindrischen Form eine Wicklung aufzubringen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es uneffizient ist, daß sich leicht Blasen bilden, daß das Faserverstärkungsmaterial nur in einer Richtung wirkt, usw.

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Außerdem ist das 2entrifugalverfahren bekannt= Beim Zentrifugalverfahren wird durch hohe Drehzahlen eine Fliehkraft erzeugt, die etwa dem Vierfachen der Erdanziehungskraft

entspricht, indem

z.um Beispiel ein zylindrischer Form-

. körper mit einem purchmesser von 2 Metern mit einer Drehzahl von 60 üpm angetrieben wird. Hierdurch soll eine gleichförmige Mischung von Verstärkungsmaterial und Harz erzielt werden. Dajs Verfahren besitzt den Vorteil, daß in dem zylindrisehen Teil weniger Blasen gebildet v/erden, ' daß der Außendurchmesser konstant ist, .daß das Produkt gutes Aussehen hat, daß ein hoher Durchsatz erzielt wird und daß der Arbeitsplatz sauber ist, da. im Vergleich zu dem eingangs erläuterten Verfahren weniger Grundmaterialien verstreut und verspritz.t werden. Jedoch hat das Zentrifugalverfahren den Nachteil, daß es zum Erreichen der hohen Drehzahlen einen beträchtlichen Energieaufwand erfordert. Außerdem muß die Form sehr genau gearbeitet sein und eine hohe Festigkeit besitzen. Ein besonders gravierender Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch darin Z.U sehen, daß die Produktfestigkeit in axialer Richtung

und in Umfangsrichtung signifikant verschieden sind, da das Faserverstärkungsmaterial in Umfangsrichtung läuft, was dazu führt, daß das Festigkeitsverhältnis 1/2 - 1/3 beträgt, insgesamt die Festigkeit also unausgewogen ist. Weiterhin besteht die Gefahr, daß sich das Produkt in zwei Schichten auf trennt _r und zwar hauptsächlich durch die Umdrehungsgeschwindigkeit und die unterschiedlichen spezifischen Gewichte von den Faserverstärkungsmaterialien, in erster Linie Glasfasermaterial, und dem Flüssigharz.

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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 111577 (1979} vorgeschlagen, zylindrische Teile aus FHH dadurch herzustellen, daß die FHH-Zuführung derart angeordnet wird, daß sie in bezug auf die Form, die mit 1-4 Upm (einer Umfangsgeschwindigkeit von 5-10 m/min.) gedreht wird, bewegt werden kann, während parallel zu der Mittellinie der Form Andrückwalzen angeordnet sind, die von der Mittellinie aus abgesenkt werden. Hierbei werden die Drehung der zylindrlschen Form und die Drehung der Andrückwalzen mittels eines von ein und demselben Antriebsteil angetriebenen Kettenrades auf die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit • eingestellt. An dem oberen Teil der Andrückwalze ist ein Luftzy linder, angeordnet, um die Walze pneumatisch vertikal.

Z.U bewegen, so daß· das zugeführte Material unter Druck eindringt, indem der Walzendruck verstärkt oder verringert wird. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Zentrifugalverfahren gestattet dieses Verfahren-eine Herstellung mit weniger Energieaufwand. Darüber hinaus kommt man mit einem einfacheren Formkörper aus, der nicht mit hoher Präzision gearbeitet zu sein braucht. Das Verfahren gewährleistet gute Produkte im Hinblick auf geringere richtungsabhängige Materialfestigkeitsschwankungen.

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Jedoch hat das Verfahren den Nachteil, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit des Formkörpers exakt mit der der Andrückwalze synchronisiert sein muß. Allerdings läßt sich eine solche exakte Synchronisation in der Praxis nur sehr schwierig realisieren, weil die Durchmesser des Formkörpers und der Andrückwalze unterschiedlich sind und außerdem der Innendurchmesser des herzustellenden zylindrischen Teils nach und nach abnimmt. Eine geringe Ab-• weichung der Umdrehungsgeschwindigkeiten kann zur Klumpenbildung der zugeführten Materialien oder zu feinen Rissen führen. Insbesondere treten Probleme bei Innendurchmessern von 1,5 bis 3 Metern und einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/min oder mehr auf. In solchen Fällen wird der Luftzylinder zwischenzeitlich angehoben, um Klumpenbildung zu vermeiden. Das wiederholte Andrücken und Lösen der Andrückwalze bedingt einen schwierigen Verfahrensablauf und somit einen geringen Produktdurchsatz.« Außerdem ist es schwierig, eine gleichmäßige Materialdicke zu erzielen. Die Änderung der Formabmessungen.macht jedesmal eine Neueinstellung der Synchronisation der Umdrehungsgeschwindigkeiten von Formkörper und. Andrückwalze notwendig, Außerdem muß der von der Walzs bewirkte Druck bei geringen Kn- · derungen des Mischungsverhältnisses des Faserverstärkungsmaterials oder einer temperatürbedingten Viskositätsänderung des hitzehärtbaren Harzes angepaßt werden. Jedoch macht ein Ändern der Druckverhältnisse unter Berücksichtigung der genannten Faktoren die Produktion äußerst schwierig. Weiterhin verkompliziert die Verwendung von Druckluft als Druckmittel für die Walze den ir.schanisehen Aufbau, und das zum Synchronisieren der Walze mit der Form verwendete Kettenrad erschwert die Reinigung nach Abschluß des Herstellungsvorgangs. Eine unzureichende Reinigung jedoch führt dazu, daß das Harz, aushärtet, was die Herstellung von weiteren Teilen unmöglich macht«.

35 .

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Durch die Erfindung soll ein Verfahren z.um Herstellen zylindrischer Teile aus FHH geschaffen werden, durch das die Teile bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von z.B. 1 bis 30 Upm und einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,5

^ bis 200 m/min hergestellt werden, damit in den Ausgangsmaterialien enthaltene Luftblasen entfernt werden und ein konstantes Festigkeitsverhältnis für Axial/Umfangsrichtung bei gleichmäßiger Wandstärke erhalten wird. Die

für das Verfahren benötigte Vorrichtung soll einfach aufin
^IW gebaut sein.-

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von zylindrischen, Teilen aus faserverstärktem Kunstharz, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung?

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

25 Fig. 3 eine Seitenansicht der Anordnung, gemäß Fig. 1 oder Fig.. 2; .

Fig. 4 eine Seitenansicht des in der Vorrichtung gemäß

Fig. 1 verwendeten Ausleger;

Fig. 5 eine Stirnansicht eines Verstärkungsfaserträgers;

Fig. 6 eine Stirnansicht des in Fig. 1 gezeigten Auslegers mit den daran befestigten Teilen;

Fig. 7 eine Stirnansicht des Auslegers gemäß Fig. 2 mit den daran befestigten Teilen;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer Zuführung für Faserstücke; ·

Fig. 9 eine Seitenansicht einer Zuführung für durchgehende Verstärkungsfasern;

Fig. 10 eine Längsschnittansicht einer Zuführungsvorrichtung für flüssigen Kunstharz;

Fig. 11A eine Seitenansicht einer Andrückwalzenanordnung;

Fig. 11B eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung gemäß Fig. 11A;

Fig. 12 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 6;

Fig. 13 perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsformen einer Andrückwalze; und

Fig. 14 eine Stirnansicht der Anordnung gemäß Fig. 3»

25 .

Zunächst sollen verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Herstellen von zylindrischen Teilen aus faserverstärktem, hitzehärtbarem Harz beschrieben werden»

30 (1) Zylindrischer Formkörper A

Der zum Beispiel in Fig. 1 angedeutete und in Fig. 14 im Querschnitt gezeigte zylindrische Formkörper A ist vorzugsweise derart ausgebildet, daß er in mindestens zwei Teile entlang der Erzeugungs- oder Herstellungslinie unterteilt

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ist und auf der Außenseite mittels Bolzen verschlossen ist. Im Querschnitt ist der Körper kreisförmig, oval, polygonförmig, und er besitzt zu der inneren Formwandung gehende Stege, wie Fig. 14 zeigt. Der Formkörper besteht zum Beispiel aus Holz, Kunststoff, Steingut oder dergleichen, vorzugsweise aus Metall. Hinsichtlich der Abmessungen des Formkörpers bestehen keine Beschränkungen, vorzugsweise hat der Formkörper jedoch einen Innendurchmesser von 1 bis 4 Metern und eine Länge von 1 bis 10 Metern, was von dem auf der Innenseite der Form herzustellenden Produkt und von den gegebenen Transportmöglichkeiten der Produkte abhängt.

Wie in den Fig. T und 2 gezeigt ist, sind ein Aufhänge-15. block D, an welchem eine Verstärkungsfaserzuführung E, eine Flüssigharzzuführung F (siehe Fig. 6) und eine Andrückwalzenanordnung angebracht sind, und ein Ausleger B so ausgebildet, daß sie in den Formkörper passen.

Fig. 1 zeigt eine Ausfuhrungsform, bei der sich der Aufhängeblock D entlang des Auslegers B bewegt. In diesem FaLl ist der zylindrische Formkörper A auf mindestens vier Formkörper-Drehrollen 4 gelagert, die ihrerseits auf einem Wagen H gelagert sind. Die Rollen werden von einem auf dem Wagen H befindlichen Formkörper-Drehmotor 3 gedreht, und sie rollen zwischen der Oberfläche des Formkörpers angebrachten Unterteilungsplatten 10 ab, so daß sich der Formkörper dreht. Nach Beendigung eines Herstellungsvorgangs wird der zylindrische Formkörper A von dem Ausleger B fortgezogen, indem der Wagen H auf den Schienen I verschoben wird. Die Herausnahme der geformten Teile aus dem Formkörper erfolgt dadurch, daß die Befestigungsbolzen 2 (siehe Fig. 3) entfernt werden und der Formkörper geöffnet wird, wobei die Scharnierteile 1 als

35 Drehpunkte dienen.

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Fig. 2 zeigt eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der sich der zylindrische Formkörper Ä beim Herstellungsvorgang in axialer Richtung bewegt. Aus Fig. 3, die eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 1 darstellt, geht hervor, daß der zylindrische Formkörper von dem Wagen H bei der Herstellung der zylindrischen Teile bewegt wird. Bei dieser Bewegung wird der Wagen H über das Wagenrad 9 bewegt, dessen Umdrehungsgeschwindigkeit gesteuert wird. Das Wagenrad 9 wird über ein Reduktionsgetriebe 8 von einem Motor 7 gedreht, welcher von einem auf dem Wägen H befindlichen Motorsteuerpult 6 gesteuert wird. Die Drehung des zylindrischen Formkörpers A wird genauso gesteuert wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1. . "

(2J Ausleger B

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Auslegerarm B ausgestattet mit dem Aufhängeblock D, einer Aufhängeblock-Antriebswelle 14, einem Verstärkungsfaserträger 15, einem Draht 16,, einer Kette 17 und einem Verstärkungsfaser-Einführteil 66, 67« Der Aufhängeblock D wird dadurch, daß sich die Antriebswelle 14 in die eine oder die andere Richtung dreht, hin- bzw. herbewegt. Die Antriebswelle 14 ist auf der Unterseite des Auslegers B gelagert und wird über ein Reduktionsgetriebe 12, einen Riemen und eine Riemenscheibe 13 von einein· Motor 11 gedreht, der auf einer Auslegerstütze 16 angeordnet ist. Der Verstärkungsfaserträger 15 ist in der aus Figo 5 ersichtlichen Weise ausgebildet. Auf der Oberseite einer Platte 19 mit Verstärkungsfaser-Durchgangslöchern 20 befindet sich eine Rolle 18, auf der der über den Ausleger B gestreckte Draht 16 läuft. Die einzelnen Verstärkungsfaserträger 15 sind untereinander mittels einer Kette 17 verbunden, die zwischen benachbarten Verstärkungsfaserträgern jeweils so viel Spiel hat, daß sich die Träger nur bis zu

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einem gewissen Grad voneinander entfernen können. Die von dem Verstärkungsfaser-Einführteil 66, 67 kommenden Verstärkungsfasern werden durch die jeweiligen Durchgangslöcher 20 in jedem Träger bis zu dem Aufhängeblock D ge- führt. Die einzelnen Verstärkungsfaserträger 15 können auch anders ausgebildet sein, beispielsweise so, daß die die Verstärkungsfasern aufnehmenden Teile spiralförmig ausgebildet sind.

Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 2, bei der sich der Aufhängeblock D nicht entlang· dem Ausleger B bewegt, sind der Motor 11, das Reduktionsgetriebe 12, die Riemenscheibe 13,

' · die Antriebswelle 14, der Draht 16 und die Kette 17 nicht notwendig und der bzw. die Verstarkungsfaserträger ist bzw.

sind an dem Ausleger B befestigt. In diesem Fall ist der Ausleger B über die Auslegerstütze C am Boden festgemacht.

(3) Aufhängeblock D

Bei der Ausführungsform, bei der sich der Aufhängeblock D entlang dem Ausleger B bewegt, hat der Aufhängeblock D den in den Fig. 1 und 4 gezeigten Aufbau. Bei der Ausführungsform mit an dem Ausleger B befestigten Aufhängeblock hat letzterer den in Fig. 2 dargestellten Aufbau. Der Aufhängeblock D gemäß den Fig. 1 und 4 ist ein sogenannter, hin- und.hergehender Block, der Aufhängeblock D gemäß Fig. 2 ist ein ortsfester Aufhängeblock.

Die Fig. 6 und 7, die den Ausführungsbeispielen gemäß deji Fig. 1 bzw.. 2 entsprechen, zeigen den Ausleger von der der Auslegerstütze C abgewandten Seite. An dem Aufhängeblock D sind ein Faserführungsteil M, ein Faserstücke-Führungsteil L, die Flüssigharzzuführung F und die Andrück* walzenanordnung G befestigt. Gemäß Fig. 6 wird der Aufhängeblock D entlang dem Ausleger B dadurch bewegt, daß

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die Drehung der Antriebswelle 14 auf ein Rad 21 übertra-¹ gen wird. Gemäß Fig. 7 ist der Aufhängeblock D an a@Tä Ausleger B mittels Bolzen 22 befestigt»

Die oben erwähnten Zuführungsvorrichtungen sind an dem Aufhängeblock derart befestigt, daß zunächst von der Ver- * stärkungsfaserzuführung E die Verstärkungsfaser zugeführt wird, dann darauf von der Flüssigharzzuführung F flüssiger Kunstharz aufgebracht v/ird und weiterhin die Andrückwalzen G der Andrückwalzenanordnung auf das Material drückt.

(4) Verstärkungsfaserzuführung E

Diese Vorrichtung besteht hauptsächlich aus dem Faserstücke-Zuführteil Lo Es kann jedoch auch ein Faserzufüiir- teil M vorgesehen sein»

Bei der hier beschriebenen Vorrichtung wird eine Ver star-= kungsfaser 25 über eine kammförmige Führung. 26 zugeführt«, Über eine Führung 23 gelangt die Verstärkungsfaser 25 . Z.U einer Führung 24, wo sie um etwa 45° in vertikaler Richtung umgelenkt wird= Die in den Faserstücke-Zuführteil L eingeführte Verstärkungsfaser 25 wird in kurze Stücke geschnitten und über eine Faserschußvorrichtung 27 auf die Innenfläche des zylindrischen Formkörpers A ge·= geben.

Fig. 8 zeigt die Einzelheiten des Faserstücke-Zuführteils„ Es besteht aus einer Gummirolle 28, einer Gummi-Gegenrolle 29 und einer mit Scherblättern 30 bestückten Scherblattrolle 31. Die Gummi-Gegenrolle 29 kann mittels eines Luftzylinders 32 verstellt werden, um die Stärke der Berührung mit der Scherblattrolle 31 zu verändern= Die Gummirolle 2 8 wird von einer Feder 33 gegen die Gummi-Gegenrolle

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1 29 gedrückt, wobei die Stärke der Berührung mit der Rolle 29 einstellbar ist.

Wie Fig. 6 oder Fig. 7 zeigt, wird die Scherblattrolle von einem Motor 35 über ein zur Verstellung der Geschwindigkeit dienendes Getriebe 36 und einen Riemen 34 angetrieben. Die Zufuhrgeschwindigkeit und somit die Zufuhrmenge der Faserstücke wird durch Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Scherblattrolle 31 eingestellt.

Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scherblattrolle 31 kann auch auf andere Weise eingestellt werden. Die. Scherblattrolle 31 und die Gummi-Gegenrolle 29 können auf demselben Tragblock angeordnet sein, sie können aber auch, wie es in Fig.. 8 gezeigt ist, getrennt auf einem Tragblock 37'

15 bzw. einem Tragblock 38 angeordnet sein.

Die Verstarkungsfaser 25 wird von der Gummirolle 28 und die Gummi-Gegenrolle 29 zugeführt, dann von der Scherblattrolle 31 in Stücke geschnitten und anschließend auf die Innenseite des zylindrischen Formkörpers A aufgebracht.

Der Faserstücke-Zuführteil L kann auch einen von dem oben beschriebenen Aufbau abweichenden Aufbau besitzen, soweit er in der Lage ist, Faserstücke gleichmäßig auf die Innenseite des zylindrischen Formkörpers A zu bringen, und die Zuführmenge reguliert werden kann.

Bei Bedarf ist auf der Vorderseite des Faserstücke-Zuführteils L der Faserzuführteil M angeordnet. Der Faserzuführteil M. ist derart ausgebildet, daß er die Verstärkungsfaser 25 über die Gummirolle 28, die Gummi-Gegenrolle 29 und nachgeschaltete Gummirollen 40, 41 in eine Aufnahmeöffnung 42 und eine daran anschließende, fußförmige Leitung 43 einleitet, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Ein an die Halterung der Scherblattrolle 31 angelenkter Luft-

zylinder 32 macht es möglich, nach Beendigung des Herstellungsvorgangs die Verstärkungsfaser 25 abzuschneiden-Die Scherblattrolle 31 ist derart angebracht„ daß der Luftzylinder '32 bei seiner Beaufschlagung die Rolle 31 in Be= rührung mit der Gummirolle 29 bringt, mti die Verstärkungsfaser 25 abzuschneiden= Wird der Luftzylinder 32 nicht beaufschlagt , so steht die Scherblattrolle 31 nicht mit der Rolle 29 in Berührung» Die Gummi-Gegenrolle 29 und die nachgeschaltete Gummirolle 40 gemäß Fig„ 9 werden von einem Motor 44 angetrieben, während die nachgeschaltete Gummi=· 'rolle 41 von einer an dem Tragblock 38 eingehängten Feder 45 so gezogen wird, daß sie die Gummirolle 40 berührt- Dasfußförmige Führungsrohr 43 befindet sich unterhalb der nachgeschalteten Gummirollen 40 und 41, und es ist derart ange-

1-5 ordnet, daß seine Richtung von dem Motor 3β über einen Riemen 32a frei geändert werden kann»

Die Menge der zugeführten Verstärkungslitze läßt sich durch Beeinflussen der Drehung der Gummi-Gegenrolle 2 9 und der nachgeschalteten Gummirolle 40 und durch entsprechende Auswahl der Anzahl von Litz-era . steuern»

Als Verstärkungsfasern kommen im Rahmen der Erfindung be- . kannte Fasern in Betracht _ΰ beispielsweise Glasfasern,, Kohlenstoffasern, Älamidfasern (zxtm Beispiel die KEVLÄR-Faser der Firma DuPont), vorzugsweise gelangt jedoch Glasfasermaterial' zum Einsatz»

Die Menge der erfindungsgemä^ß zugeführten Fasermenge bsträgt im allgemeinen 10 bis 80 Gew.-S des Produkts, vorzugsweise 15 bis 60 GeWo-%, speziell bevorzugt 20 bis 50 Gew.-S.

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1 (5) Flüssigharzzuführung F

Die Zuführung F (siehe Fig. 6) für das flüssige, hitzehärtbare Harz strömt Harz aus, welches mittels einer Zumeßpumpe 46 von einem in Fig. 1 und 2 gezeigten Flüssigharzbehälter K durch ein Harzrohr 47 gepumpt wird. Die Länge der Vorrichtung F ist fast genauso groß wie die . Breite der Verstärkungsfaser-Zuführmündung der Verstärkungsfaserzuführung E. Sie besitzt eine geeignete Anzahl

tO von Flüssigharz-Ausströmlöchern mit einem Durchmesser von 0,1 bis 3 mm. Diese sind so ausgebildet und angeordnet, daß Harz in ausreichender Menge auf die Verstärkungsfaser aufgegeben werden kann. Von einer Zumeßpumpe 69 wird über ein Rohr 51 ein. Härter für das flüssige, hitzehärtbare' Harz aus einem in Fig. 7 gezeigten Härtungsmittelbehälter 48 in die Vorrichtung F gepumpt. Als Zumeßpumpe 69 wird eine Zahnradpumpe verwendet. Die Pumpe ist so eingestellt, daß das Verhältnis von Harz zum Härter 100 : 0,5 - 5 (Gewichtsverhältnis) beträgt.

Wie aus Fig. 10 im einzelnen ersichtlich ist, gelangt das flüssige, hitz.ehärtbare Harz über das Harzrohr 47 durch ein Hauptsperrventil 49 und ein Hilfssperrventil 50 und wird in einem Leitungsmischer 53 mit über ein Härtungsmittelrohr 51 und eine Härter-Einströmmündung 52 zugeführtem Härturigsmittel gemischt, bevor es durch eine Flüssigharz-Austrittsmündung 54 ausströmt.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausfuhrungsform wird über eine Lösungsmittel-Einströmmündung Luft oder ein Lösungsmittel eingegeben, um die Zufuhr von Harz, anzuhalten oder um die Leitung zu reinigen. In einem solchen Fall wird das Hilfssperrventil 50 gegen die Kraft einer Feder 45 nach unten gedrückt, während das Hauptsperrventil 49 geschlossen wird. Vorzugsweise läßt sich das Rohr mit der

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Härter-Einströmmündung 52 zur vereinfachten Reinigung mit¹« teIs oberer und unterer Flanschklanunern 5β teilweise ab= nehmen und bei Bedarf auseinandernehmen= Als Mischer 53 kommt ein extern antreibbarer Mischer in Betracht» Die oben erwähnte Druckluft soitfie die in die Mündung 55 eingeströmte Luft kommt von einem Kompressor» Der Mündung 55 wird sie über einen flexiblen Schlauch zugeführt= Das Lo= sungsmittel dient zum Reinigen der Flüssigharzzuführung F und - bei Bedarf - zum Reinigen der Innenfläche ■ des zylindri·= sehen Formkörpers.A. Es wird mit einer Pumpe von einem Lö~ sungsmitteltank über einen flexiblen Schlauch in die Ein= Strömmündung 55 eingegeben= Als flexibler Schlauch kommt, ein ähnlicher Schlauch in"Betracht, wie er für das Flüssigharz ■ verwendet wird= Bei dem oben erwähnten Reinigungsvorgang ist'es auch möglich, ausschließlich Losungsmittel einz.u~ setzen·=

Bewegt sich der Aufhängebloek D gemäß Fig_o 1 entlang Ausleger B, so strömt das flüssige„ hitxehärtbare Harz normalerweise von dem Harzbehälter IC durch das Harzrohr 47 anschließend durch den flexiblen Schlauch, um dann in die Flüssigharzzuführung F einzuströmen ο Der flexible Schlauch hat in diesem Fall genügend Elastizität und ist zum Bei= spiel um eine parallel zum Ausleger B angeordnete Trag= stange gewickelt= Ein solcher Schlauch ist vorzugsweise auf der der Verstärkungsfaser 25 entgegengesetzten Seite des Auslegers B {siehe Fig= 4) angeordnet..

Im Rahmen der Erfindung kommen als flüssige, hitzehärtbare Kunstharze übliche Materialien in Betracht,, beispielsweise Polyesterharz, Epoxyharz., Phenolharz., Vinylesterharz und dergleichen« Insbesondere wird ungesättigtes Polyesterharz bevorzugt» Im letzteren Fall wird vorzugsweise Teeroxid und dergleichen als Härtungsmittel und parallel dazu organisches Salz, Amin und dergleichen als Härtungsbeschleuni= ger verwendet=

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Ein solches Härtungsmittel sowie ein solcher Härtungsbeschleuniger können separat von dem Harz auf die Verstärkungsfaser auf der Innenseite der Form aufgebracht werden, oder sie können mit dem Harz vorgemischt werden.

5 Der Härtungsbeschleuniger wird normalerweise in den Flüssigharzbehälter K eingegeben.

Das flüssige .hitzehärtbare Harz, kann mit Farbstoff, Füllstoff und dergleichen vorgemischt werden. .

(6) Andrückwalzenanordnung

Wie die Fig. 11A und 11B zeigen, ist bei dieser Anordnung jeweils an einem Schwinghebel 58 das untere Ende einer Kolbenstange 57 angelenkt. Am freien Ende jedes Schwinghebels 58 ist eine Andrückwalze G drehbar gelagert, wobei an dem Ende des Schwinghebels mittels eines Stifts 61 ein Lagerkörper 59 schwenkbar angebracht ist. Somit drückt die über einen Schlauch 62 zugeführte Druckluft die KoI-behstange 57 des Luftzylinders 32c nach unten, und der Lagerkörper 59 dreht sich um den Stift 61, wenn der Druck auf den Schwinghebel 58 übertragen wird, so daß der Druck, nicht auf die jeweilige Andrückwalze G übertragen wird. Daher liegen die Andrückwalzen G nur mit ihrem . Eigengewicht, das heißt unabhängig von dem vom Luftzylinder 32c aufgebrachten Druck an der Innenseite des zylindrischen Formkörpers A an, wenn die Andrückwalzen an die Innenseite des Formkörpers A gebracht werden.. Die Hauptaufgabe des Luftzylinders 32c besteht darin, die Andrückwalze G von der Innenfläche des zylindrischen Formkörpers A abzuheben. Die Andrückwalzen G können sich in vertikaler Richtung in geeignetem Ausmaß frei bewegen, wobei die Zapfen 61 jeweils den Drehmittelpunkt bilden. Wenn daher die Andrückwalzen G das Material andrücken, so wird die Drehung der Andrückwalzen nicht fremdgesteuert, so daß

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sich die Drehung mit dem Widerstand des Arbeitsmateriäls ändern kann« Grundsätzlich ist dann die Drehung jeder Andrückwalze an die Drehung des Formkörpers angepasste

Die Walzen befinden sich im unteren Abschnitt bezüglich des Aufhängeblacks D, und sie schließen sich an die Verstärkungsfaserzuführung Ξ sowie die Flüssigharzzuführung F an. Die Andrückwalzen G haben vorzugsweise einen solchen Aufbau, daß sie von dem jeweiligen Lagerkörper 59 abgenommen werden können, indem ein mittels eines Stifts 63 schwenkbar an dem Lagerkörper 59 angebrachter SchlieB-, mechanismus geöffnet wird«

Bei der Erfindung ist eine geringe Belastung der Walzen . zulässig, solange diese Belastung nicht die freie Drehung. der Andrückwalzen G beeinträchtigt» Wird die Belastung jedoch zu groß, oder ist das Eigengewicht der Walzen zu hoch, so sinken die Walzen in das Ärbeitsmateriai ein, . so daß Harz, herausgequetscht wird, was zu dem unerwünscht · ten Ergebnis führt., daJI das Endprodukt einen zu geringen Kunstharzanteil enthält= Ist andererseits das Eigengewicht der Andrückwalzen G su gering, so durchtränkt das flüssige Kunstharz das Verstärkungsfasermaterial nur unzureichend, es verbleiben Luftblasen im Ärbeitsmateriai, und das'Material fällt von der Fläche der Form herunter, wenn der betreffende Abschnitt des Zylinderformkörpers A nach oben gelangt, so-daß es nicht möglich ist, das gewünschte Teil zu formen= Aus diesen Gründen haben die erfindungsgemäß verwendeten Andrückwalzen normalerweise eine Länge von 10 bis 100 cm, vorzugsweise 30 bis 70.cm, und ihr Gewicht ist so bemessen, daB die Belastung, doh= der auf das Ärbeitsmateriai einwirkende Druck pro Längeneinheit (cm) einer Walze 20 bis 600 g, besser 50 bis 400 g, vorzugsweise 80 bis 300 g, beträgt= Um eine gute und durchgehende Durchtränkung mit dem Harz zu erzielen

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und um Luftblasen durch derartige Walzen zu vermeiden, sind erfindungsgemäß drei oder mehr Walzen in geeigneten Abständen angeordnet.

Die Länge der Walzen G wurde oben angegeben. Jedoch kann man die Länge der Walzen nach Maßgabe der Länge des Endprodukts ändern. Der Durchmesser der Walzen ist selbstverständlich kleiner als der Innendurchmesser des Formkörpers, wobei der Durchmesser so gewählt ist, daß ein freies Drehen der Walzen innerhalb des Formkörpers möglich ist, für gewöhnlich sind Durchmesser von 5 bis 40 cm geeignet. Vorzugsweise weisen die Andrückwalzen G in ihrer Oberfläche Vertiefungen auf, beispielsweise konkave Abschnitte 64 und konvexe Abschnitte 65, wie sie in

15 Fig. 13 dargestellt sind. Die konkaven Abschnitte der

Walzsn G können als geradlinige, spiralförmige, kreuzförmige oder ähnlich gestaltete Kanäle ausgebildet sein, vorzugsweise sind diese Kanäle jedoch nicht als durchgehende Kanäle ausgebildet. Die konkaven Abschnitte besitzen in Richtung der Erzeugungslinie eine Breite von 1 bis 30 mm, vorzugsweise von 2 bis 10 nun. In Umfangsrichtung beträgt ihre Breite 1 bis 30 mm, vorzugsweise 2 bis 30mm. Die Tiefe beträgt 1 mm oder mehr. Diese unebenen Bereiche sind so angelegt, daß sie 30 bis 90 %, vorzugsweise 50 bis 80 % der Walzenfläche abdecken. Die Breite der oben erwähnten, als nicht-durchgehende Kanäle ausgebildeten konkaven Abschnitte in achsparalleler Richtung und in Ümfangsrichtung der Walze können gleich groß sein oder auch voneinander abweichen, so lange sie innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegen, ihr Aufbau kann dreieckig, quadratisch, fünfeckig oder allgemein polygonförmig, kreisförmig, oval, kreuzförmig, X-förmig oder dergleichen sein.

Die oben erwähnten Formelemente werden durch entsprechende Oberflächenbearbeitung der Walzenoberfläche bei der Herstellung der Walzen ausgebildet, indem beispielsweise ein

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durch Pressen auf seiner Oberfläche mit Vertiefungen versehenes Metall- oder Kunststoffblatt auf die Walzenoberfläche gewickelt wird, auf die Walzenoberfläche ein Metalloder Kunststoff netz aufgewickelt vrirä_e oder auf die Ober-fläche der Walze ein gelochtes Rohr aufgebracht wird. Im Hinblick auf die" einfache Herstellung der Andr.ückwalzen G, deren geringe Kosten und Reparaturfreundlichkeit ist es vorzuziehen, auf die Walze mindestens ein -oder mehrere 0,5 bis 5 mm starke Netze mit Maschenweiten von 2 bis 8 mm aus thermoplastischem Material,, beispielsweise Polyäthylen., Polyester, Polyamid oder dergleichen„ oder aus Metall aufzuwickeln.

Pie erfindungsgemäßen Andrückwalzen G können aus jedem'Material bestehen, mit dem der Druck erseugbar ist, beispiels weise Eisen,, Aluminium, rostfreiem Stahl? Kupfer _t Holz, Kunststoff und dergleichen„ Es Ist auch möglich, eine Kombination dieser Materialien a.u verwenden«. Die Waisen kön-.nen hohl oder massiv seia_o
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(7} Flüssigharzr-Härtungsmittelsuführung

Die Ausbildung dieser Vorrichtung hängt ab von der Art des verwendeten flüssigen hitzehärtbaren Kunstharzes« Wird■ beispielsweise ungesättigtes Polyesterharz verwendet,.so gelangen ein 'Härtungsmittelbehälter 48 und ein Härtungsmittelrohr 51 zum Einsatz, wie es in Fig. 6 gezeigt ist« Das Härtungsmittelrohr 51 Ist auf der Unterseite der Flßssigharzzuführung F angeschlossen, wie in Fig» 10 zu sehen ist. Der Härtungsmittelbehälter braucht nicht an dem Aufhängeblock D befestigt zu sein, er kann auch außerhalb des Formkörpers A angeordnet sein. In einem solchen Fall besteht das Härtungsmittelrohr aus einem flexiblen Rohr, welches sich entlang den Ausleger B ausstrecken und zusammenziehen kann, wenn sich der Aufhängeblock D entlang dem Ausleger bewegt.

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Wird als flüssiges hitzehärtbares Kunstharz Epoxyharz verwendet/ so kann das Härtungsmittel vorab dem Kunstharz zugegeben werden, so daß der Härtungsmittelbehälter sowie das Härtungsmittelrohr überflüssig sind. Wie Fig. 12 zeigt, wird mittels der Zumeßpumpe 69 und einer Steuerung 70 eine bestimmte Menge an Härtungsmittel in die Flüssigharzzuführung F eingeströmt.

Im folgenden soll beschrieben werden, wie mit der oben im ' einzelnen beschriebenen Vorrichtung ein zylindrisches Teil hergestellt wird.

Aus dejri in Fig. 1 dargestellten Verstärkungsfaserspeicher J wird eine üblicherweise als Vorgespinst oder Vorgarn vorliegende Verstärkungsfaser 25 abgezogen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden beispielsweise 32 Verstärkungsfasern 25 gezogen, die am Verstärkungsfasereinführteil 66 zu 4 Bündeln mit jeweils 8 Fäden gruppiert werden und durch die Führung 67, die Verstärkungsfaserträger 15, die Führungen 23 und 24 und die kammförmlge Führung 26 in die Verstärkungsfaserzuführung E eingeführt werden. Dann werden die Verstärkungsfasern 25 von den auf der Scherblattrolle 31 in bestimmten Abständen angeordneten Scherblättern 30 bei der Faserstückezuführung L abgeschnitten, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Faserstücke sind normalerweise 25 bis 100 mm lang. Sie werden durch die Schürvorrichtung 27 der Innenseite des Formkörpers zugeführt. Die Zuführgeschwindigkeit bzw. die Zuführmenge wird durch die Drehgeschwindigkeit der Scherblattrolle 31 gesteuert, ein geeigneter Wert

30 liegt zwischen. 1 und 15 kg/min.

Andererseits kann die Verstärkungsfaser 25 auch als durchgehende Litze zugeführt werden. In diesem Fall wird ein Teil der Verstärkungsfasern 25 durch die Führung 24 und die Litzenführung 68 in die Faserzuführung M eingeführt. Die

25/26/27

Menge der der Innenseite des Formkörpers A zugeführten Verstärkungsfasern 25 wird in dem Faserzuführteil M durch die Drehgeschwindigkeit der Gummi-Gegenrolle 29 und der nachgeschalteten Gummirolle 40 bestimmt= Eine geeignete

5 Menge liegt zwischen 1 und 15 kg/min< >

Es ist möglich, die Faserstücke'und die durchgehende Faser jeweils für sich allein z.uz-ufuhren _e es ist jedoch auch eine gleichzeitige Zuführung möglich.

Während die Verstärkungsfasern 25 in der oben beschriebenen Weise zugeführt werden, wird aus dem FlüssigharzJbehälter K das flüssige, hitzehärtbare Kunstharz,, welches einen Härtungsbeschleuniger enthält,, durch das Harzrohr und die Flüssigharzzuführung F auf das Fasermaterial geströmt. Die Zuführmenge des Harzes wird von einer Zumeßpumpe 46 gesteuert, die Steuerung erfolgt so, daß der Anteil der Verstärkungsfasern zwischen 15 und 70 Gew.,-% liegt» Aus dem Härtungsmitte!behälter 48 strömt das Härtungsmittel durch das Härtungsmittelrohr 51 in die Flüssigharzzuführung ' F,. und es wird mit dem' Kunstharz, gemischt» Die Zuführmenge des Härtungsmittels wird von der Härtungsmittel-Zumeßpumpe 69 und der Steuerung 70 derart gesteuert, daß auf 100 Gewichtsteile Kunstharz 0,3 bis 5 Gewichtsteile Härtungsmittel. kommen, falls ungesättigtes Polyesterharz, verwendet . wird.

Dann drücken die Andrückwalzen G auf Verstärkungsfasern und Kunstharz _r wobei'im vorliegenden Fall die Geschwindig·=· keit der Andrückwalzen genauso groß ist vjie die Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Formkörpers A, welche sich bestimmt durch das Walzengewicht, die Viskosität des flüssigen Kunstharzes, usw»

Die Viskosität des flüssigen Kunstharzes spielt eine wichtige Rolle im Hinblick auf die Durchtränkung des Ver-

27/28

stärkungsfasermaterials, der Tropfbeständigkeit und dergleichen. Eine zu geringe Viskosität hat zur Folge, daß das Kunstharz abtropft, eine zu hohe Viskosität hat zur Folge, daß die Durchtränkung nicht ausreichend ist, so daß das Arbeitsmaterial nicht an der Oberfläche der Form haften bleibt und ungeachtet der Tatsache, daß es von den Andrückwalzen angedrückt wird, abfällt. Unter diesen Umständen ist es nicht möglich, die gewünschte Form herzustellen. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte wird die Viskosität eines solchen Kunstharzes so gewählt, daß sie ih dem Bereich zwischen 0,5 und 20 poise/25°C (Brookfield Viskosität), besser zwischen 1,0 und 15 poise/ 25°C-, vorzugsweise zwischen 2 und TO poise/25^eC liegt.

Die Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Formkörpers A wird so gewählt, daß die sich ergebende Fliehkraft geringer ist als das Zweifache der Erdanziehungskraft, besser als das 1,2-fache der Erdanziehungskraft, und vorzugsweise . ist die erzeugte Fliehkraft geringer als die Erdanzie-

20 hungsJcraft ■. . .

Die auf eine Masse m wirkende Flieh- oder Zentrifugalkraft eines sich drehenden Körpers beträgt in einem Abstand r vom Drehzentrum F = mrio² , wobei ω die Winkelgeschwindigkeit ist. Beispielsweise erhält man als Zentrifugalkraft, die auf einen Körper oder einen Körperausschnitt von 1 cm³ wirkt, wenn eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser von 2 m mit 60 Upm gedreht wird, einen Wert von 7,24 g · cm/s², wenn das spezifische Gewicht des Arbeitsmaterials etwa 1,8 beträgt. Die Erdanziehungskraft beträgt F = ma, wobei a die Erdbeschleunigung ist, so daß man im vorliegenden Beispiel eine Schwerkraft von 1,8 g · cm/s² erhält, so daß die Zentrifugalkraft hier etwa dem Vierfachen der Erdanziehungs- kraft entspricht. Damit die Zentrifugalkraft doppelt so

28/29

.J. "°°^:*°°^:-"^β '-"-' 333006S

1 groß ist wie die Schwerkraft, wählt man hier 30 Upm

oder eine Umfangsgeschwindigkeit von 266 m/min. Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß bei dem bekannten Zentrifugalverfahren, damit das Material nicht von dem Formkörper abfällt«, ein die Erdanziehungskraft um das Zweifache, vorzugsweise um das Vierfache oder noch mehr übersteigende Zentrifugalkraft erforderlich ist. Ist die Zentrifugalkraft schwächer, so wird es schwierig, das Arbeitsmaterial an der Wandung des Formkörpers zu· halten.

.Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht,; beträgt unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Angaben der Drehgeschwindigkeit des Formkörpers aufgrund dessen sich Snderndem Innendurchmesser nicht exakt sind, die Drehgeschwindigkeit 1 bis 30 Upm, vorzugsweise 1 bis 15 Upm, was einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,5 bis 200 m/min fozxtf» 0,5 bis 100 m/min bei einem Formkörper mit einem Durchmesser von 2 m entspricht. Die angegebene Umfangsgeschwindigkeit ändert sich im Verhältnis mit der Durchmesser änderung des Formkörpers.

Wenn sich der Aufhängeblock D entlang dem' Ausleger B bewegt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufhängeblocks durch die Zufuhrmenge an Yerstärkungsfasermaterial und Kunstharz bestimmt. Die geeignete Geschwindigkeit beträgt normalerweise etwa 5 bis 150 cm/min. Wird andererseits der zylindrische Formkörper in seiner axialen Richtung bettfegt, während das zylindrische Teil geformt wird (Fig. 2), so beträgt die geeignete Geschwindigkeit etwa 5 bis 150 cm/min. In beiden Fällen wird der Aufhängeblock bzw. der Formkörper nicht während der Bildung der Endabschnitte der Teile bewegt.

Die Erfindung kann derart ausgeführt werden, daß zunächst eine FHH-Schicht gebildet wird, dann darauf eine Schaumschicht aus starrem Polyurethan oder Polyester gebildet wird und anschließend darauf eine weitere FHH-Schicht gebildet wird, indem die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu verwendet wird, ein dreischichtiges zylindrisches Teil Z-u formen. Der hierbei verwendete Schaumstoff kann mit verschiedenen anorganischen Füllstoffen, porösem Kleinmaterial, Verstärkungsfasern oder dergleichen vermischt sein. Der Vergrößerungsfaktor einer solchen Schaumstoffschicht wird in geeigneter Weise so gewählt, daß er dem 1,5- bis 60-fachen, vorzugsweise dem 1,5- bis 40-fachen, entspricht. Ist die Dicke der Schaumstoff schicht nicht gleichmäßig, so kann die Schicht von

15 einem Schneidwerkzeug bearbeitet werden, um die Dicke

gleichmäßig zu gestalten. Bezüglich der Dicke der Schaumstoffschicht besteht keine Beschränkung, soweit die Bildung der FHH-Schicht durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich ist. Ein geeigneter Wert liegt zwischen 0,2 und 10 cm. Die Schaumstoffschicht kann verschiedene Verstärkungsrippen aufweisen.

Das z-ur Bildung der oben erläuterten Schaumstoff schicht verwendete Kunstharz wird von einem außerhalb des zylindrischen Formkörpers A mittels einer Pumpe über einen Schlauch z.u der an dem Aufhängeblock D befestigten Pistole gepumpt und von dieser abgegeben.

Außer dem oben erwähnten Sprühverfahren zur Bereitstellung des Schaumstoffs kommen noch das nur auf Schwerkraft beruhende Fallsystem, das Vor-Ort-Einschäumen mit Vorbereitung des Raums zur Bildung der Schaumstoffschicht und andere geeignete Verfahren in Betracht.

Als Blähmittel für das expandierbare Kunstharz kommen allgemein bekannte Mittel in Betracht, beispielsweise eine

... ·-> " ·· *" ·· JO OUKJOD

33006^

Hydrazid-Verbindung, eine Xsocyanät-Verbindung, eine Verbindung, eine Calciumcarbonat-Säure-Zusammensetzung und dergleichen, falls ungesättigtes Polyesterharz verwendet wird, und es kommen eine Isocyanat-Verbindung, Freon

5 und dergleichen für Polyurethan in Betracht.

Der Ausleger B und dessen Stütze C sollten aufgrund des relativ hohen Gewichts des Aufhängeblocks D stabil ausgeführt sein, jedoch läßt sich die Länge des Auslegers B auf die Hälfte der Länge des zylindrischen Formkörpers A reduzieren, wenn das Teil zunächst bis zu der einen Längenhälfte des zylindrischen Formkörpers K in axialer Richtung gebildet wird und dann der Wagen H um 180° gedreht wird, bevor nach Einschieben des Äufhängeblocks D in die Form die andere Hälfte des Teils in dem zylindrischen Formkörper A fertiggestellt wird» In diesem Fall sollte sich die Drehrichtung des Formkörpers umkehren lassen»

Das auf diese Weise gebildete zylindrische Teil wird, dann herausgenommen,, nachdem die Bolzen 2 von dem zylindrischen Formkörper A gelöst sind= Qfosehon bezüglich der Dicke der FHH-Schicht des fertigen Teils keine Beschränkungen bestehen, solange in der Form Platz, ist, ist das Teil normalerweise 0,2 bis 10 cm dick. Das nach der erfindungsge-. . mäßen Lehre gefertigte zylindrische Teil hat eine im Vergleich zum Stand der Technik bessere Festigkeit, da es weniger Unregelmäßigkeiten in der Durchdringung des Materials mit Kunstharz aufweist und das Verstärkungsmaterial gleichmäßig verteilt ist„ Das zylindrische Teil kann beispielsweise eingesetzt werden als zylindrischer Behälter, um zum Beispiel als Tank, Silo oder dergleichen zudienen.

1 Beispiel 1

Es wurde ein zylindrischer FHH-Körper in einem Formkörper mit einem Innendurchmesser von 2 m und einer Länge von 6 m unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung geformt'.

Es wurde ein Glasgespinst SP-3 (hergestellt von der Firma Asahi Fiber Glass Ltd.) auf eine Länge von 50 mm geschnitten und auf die Oberfläche einer mit einer Geschwindigkeit von 6 ümp (Umfangsgeschwindigkeit: 37,7 m/min) umlaufenden Eisenform gegeben, wobei die Zuführmenge 4,5 kg/min betrug. Dann wurde auf das Glasfasermaterial mit einer Massegeschwindigkeit von 10 kg/min flüssiges ungesättigtes PoIyesterharz (POLYLITE FG-104 von der Firma Dainippon Ink & . Chemicals Inc.) gegeben. Das Polyesterharz besaß eine Viskosität von 6 poise/25^eC und war mit 4 Gew.-% von 6 Gew.-% Kobaltnaphtenat (von der Firma Dainippon Ink & Chemicals Inc.) als Härtungsbeschleuniger und 55 Gew,-% MEKPO (von der Firma Nippon Oils & Fats Co., Ltd.) als Härtungsmittel in dem Leitungsmischer bei einem Gewichts verhältnis von 100 : 1,5 vorgemischt.

Das.Material wurde von Andrückwalzen angedrückt, die jeweils als 50 cm lange Stahlwalzen mit einem Durchmesser von 15 cm und einem Gewicht von 8 kg, um die eine Doppellage, eines Polypropylennetzes mit einer Dicke von 2 mm und 5.x 5 mm Maschengröße gewickelt war, ausgebildet waren.

Es wurden drei Sätze von Walzen unter einem Abstand von etwa 10 cm verwendet, der von jeder Walze durch deren Eigengewicht aufgebrachte Druck betrug etwa 230 g/cm.

Der Aufhängeblock D, auf dem die Zuführteile für die Glasfaser, das Kunstharz usw. und die Andrückwalzen angeordnet

33/34

waren, wurde entlang der Drehachse der Form mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/min bewegt.

Es wurde ein 6 ra langes zylindrisches Teil mit einem Durchmesser von 2 m und einer Dicke von 8 ran erhalten. Aus dem Teil wurden in Längsrichtung und in Umfangsrichtung verlaufende Teile herausgeschnitten _t um ihre Festig-, keit zu messen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben» Außerdem wurde die Porosität der Produkte gemessen. Die Meßergebnisse sind in.Tabelle 2 angegeben.

Vergleichsbeispiel 1

Unter Verwendung einer Zentrifugalmaschine {von der Firma Haltman Co., Modell V-18-25-100) wurde ein■FHH-Zylinderteil mit 8 mm Dicke und 4 m Länge gebildet» Die Drehform hatte einen Innendurchmesser von 2 m und eine Länge von 4 m. Die Drehzahl der Form betrug 90 Upm_y was einer Um-

20 fangsgeschwindigkeit von. 565^2 m/min entspricht. Als

flüssiges Kunstharz und als Glasfaser i-rarden die gleichen Materialien verwendet wie bei dem obigen Beispiel 1, und die entsprechenden Zuführmengen betrugen 22 kg/min bzw. ■ 9,8 kg/min. Es wurden dieselben Prüfungen durchgeführt.

wie im Beispiel 1. Die Ergebnisse sind Tabelle 1 entnehm-■ bar.

Vergleichsbeispiel 2

Unter Verwendung der Apparatur gemäß Beispiel 1 wurde ein zylindrisches FHH-Teil gebildet» Die Apparatur war jedoch dahingehend modifiziert, daß die Andrückt-jalzen so angetrieben wurden, daß sie mit Luftzylindern beaufschlagt wurden und in Übereinstimmung mit dem Formkörper über

35 einen Kettenantrieb angepasst angetrieben wurden.

Umlaufgeschwindigkeit der Form, Kunstharzmaterial und Glasfaser sowie die Zuführmengen und dergleichen wurden genauso gewählt wie im Beispiel 1. Es zeigte sich jedoch, daß das Material während des Herstellungsvorgangs an den Andrückwalzen häufig klumpte, und die Walzen mußten häufig von dem Arbeitsmateriai fortgezogen werden. Hierdurch ergab sich eine schlechte Produktionsgeschwindigkeit, und es mußte wesentlich mehr Zeit aufgewendet werden, um ein Teil zu erhalten, welches mit dem Teil gemäß Beispiel 1 übereinstimmte. Die Eigenschaften des so gebildeten Teils sind Tabelle 1 zu entnehmen. Die Porosität des Teils wurde ebenfalls gemessen, die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 1

	I	Beispiel 1	A	Unfangs- richtung	Vergleichsbeispiel 1	Axialer Richtg.	C	A	Umfangs- richtung	Vergleichsbeispiel 2	Unfangs- richtung
Belastungsrichtung	Axialer Richtg.		Axialer Richtg.		]	3.5	Unfangs- richtung	Axialer Richtg.		I	7.5
Probenentnahme aus	9.7	Umfangs- richtung	-	-	538	11.6	—	-	Axialer Richtg.	780
Zugfestigkeit (kg/irm²)	920	9.4	-	18.1	5.2	995	-=· ·	24.2	8.2	15.6
Zugalastizitätsmodul (kg/ran²)	21.2	870	19.6	716	484	12.6	7.4	795	810	690
Biegefestigkeit (kg/mm²)	750	18.4	730	28.5 -	29.5 -	751	470	29.6 - ,	18.4	31.0
Biegeelastizitätsmodul (kg/mm² )	29 -	730	29 -	32	32.4	29.7 -	28.7 -	33.1 ·	680
Glasanteil (S)	32	28 -	31	31.8	32; 8	31.0
	.31

Bemerkung; Zugfestigkeit und Zugelastisitätsmödwl wurden entsprechend JlS ^Japanische Industrienorm) K - 7113 gemessen?
Biegefestigkeit und Biegeelastizitätsmodul wurden entsprechend JIS K-7203 gemessen.

Der Glasanteil wurde entsprechend JIS K -.6919 gemessen. ' .

Belastungsrichtungs I bedeutet Belastung von der Innenseite der aus dem zylindrischen -te

Teil ausgeschnittenen Probe; **»

ä bedeutet Belastung von der Außenseite der Probe

-tu cn ■ex

Tabelle 2

^-~~__J3eispiel	-	1	Beispiel 1	B-Reihe	C-Reihe	Vergleichsbeispiel 2	B'-Reihe	C'-Reihe
\ \ lteihe " "' \ X^der Testproben	Porosität (%)	2	A-Reihe		•	A'-Reihe
\^stproben-Nr. v		3		0.7	0.8		3.1	2.7
		4	0.5	0.5	0.6	2.9	2.8	2.9
	5	0.4	0.6	0.5	3.2	2.6	3.2
Glasanteil (%)	1	0.6	0.6	0.7	2.6	2.8	2.7
	2 3	0.8	0.7	0.8	2.8	2.9	a.i.
	4	0.6	30.2	32.1	2.8	32.3	35.8
. .5	29.7	28.7 29.8	29.6 31.4	26.7	29.8 36.2	27.2 28.3
32.4 31.6	32.2	29.3	35.1 28.1	25.3	26.2
29.5	31.5	28.2	34.5	26.2	32.7
31.5		32.1

Bemerkxing; Testreihe: Um dem zylindrischen Teil 15 Testproben zu

entnehmen, wurden mit Abstand von 25 cm • ' in Längsrichtung die Reihen A, B und C

vorgesehen (5 Testproben für jede Reihe).

Testproben-Nr.: Aus jeder Reihe wurden in Abständen von 20 cm in ümfangsrichtung 5 Testproben entnommen und mit den Nummern 1 bis 5 versehen.

Porosität: Gemessen entsprechend MIL-P-17549C.

■ «Φ

34

1 Testbeispiel

Entsprechend Beispiel 1 und Versuchsbeispiel 2 wurden • zylindrische FHH-Teile mit Wandstärken von 3 mm, einem Durchmesser von 2 m und einer Länge von 3 m gebildet, indem die Zufuhrmenge von Kunstharz und Glasfaser entsprechend eingestellt wurde. Das vorderseitige und das rückseitige Ende dieser Teile wurde mit FHH bedeckt, um Wasserdurchlaß zu verhindern„ und der Behälter wurde mit Leitungswasser gefüllt. Dann wurde Wasser von einer ande-■ ren Leitung eingegeben, wobei die Wasserdichtigkeit während des Anstiegs des Wasserdrucks geprüft wurde. Tabelle zeigt das Ergebnis.

Tabelle

Wasserdruck
(kg/cm^a)

Anzahl von Leckstellen bei dan zylindrischen Teil gemäß Beispiel

Anzahl von Leckstellen bei dem zylindrischen Teil gemäß Vergleichsbeispiel 2

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

24
Viele

Bemerkung: "LecksteHe" ist eine solche Stelle, wo tropfendes oder laufendes Wasser beobachtet wurde.

1 Beispiel 2

Zunächst wurde mit· der in Fig. 1 gezeigten Apparatur eine faserverstärkte Kunstharzschicht gebildet, wobei ein zylindrischer Formkörper mit einem Innendurchmesser von 2,8 m und einer Länge von 6 m verwendet wurde.

Es wurde Glasgespinst SP-3 {von der Firma Asah Fiber Glass Ltd.) auf eine Länge von 50 mm geschnitten und der Oberfläche einer Eisenform zugeführt, die mit einer Geschwindigkeit von 6 Upm (entsprechend einer Umfangsgeschwindigkeit von 53 m/min) gedreht wurde. Die Zufuhrmenge des Fasermaterials betrug 4 kg/min. Dann wurde auf das Glasfasermaterial mit einer Massegeschv/indigkeit von 8 kg/min flüssiges ungesättigtes Polyesterharz (PQLYLITE FG-104 von der Firma Dainippon Ink & Chemicals Inc.) gegeben. Das Polyesterharz besaß eine Viskosität von 6 poise/ 25°C und war mit 0,4 Gew.-% von 6 Gew.-S Kobaltnaphtenat • (von der Firma Dainippon Inc S .Chemicals Ine.) als Härtungsbeschleuniger und 55 G®w„-% MEKPO (von der Firma Nippon Oils & Fats Co., Ltd») als Härtun^smittel in dem Leitungsmischer bei einem Gewichtsverhältnis von 100 s 1,5 vorgemischt.

Dann wurde das Material mit den Andrückwalzen wie im Beispiel 1 angedrückt. In diesem Fall wurden 3 Sätze von Walzen verwendet, die in Abständen von etwa 10 cm angeordnet waren. Der von jeder Walze durch ihr Eigengewicht aufgebrachte Druck betrug etwa 230 g/cm.

Der Aufhängeblock D, an dem die Zuführteile für die Glasfaser, das Kunstharz und dergleichen sowie die Ändrückwalzen befestigt waren, wurde entlang der Drehachse der Form mit einer Geschwindigkeit von 30 em/min bewegt.

• »·

37

Die auf diese Weise erhaltene faserverstärkte Kunstharz.-schicht war 6 m lang, hatte einen Durchmesser von 2,8 ι und war 3 mm dick.

Nach der Bildung dieser Kunstharzschicht wurde eine Mischung aus gehacktem Glas und expandierbarem Kunstharz auf die Kunstharzschicht aufgebracht, während der Form- · körper in der oben beschriebenen Weise gedreht wurde. Zum Erhalt des gehackten Glases wurde das Glasgespinstmaterial SP-3 auf eine Länge von 50 mm geschnitten und mit einer Massengeschwindigkeit von 2 kg/min zugeführt. Andererseits wurde flüssiges, ungesättigtes Polyesterharz (POLYLITE FF-100 von der Firma Dainippon Ink & Chemicals Inc.) mit . einer Viskosität von 12 pOise/25°C und vorgemischt mit'

15 0,2 Gew.-% von 6 Gew.-% Kobaltnaphtenatlösung (von der

Firma Dainippon Ink & Chemicals Inc.) als Härtungsbeschleuniger, auf eine Harztemperatur von 50^eC aufgeheizt und als Härtungsmittel von einer Pumpe zugeführt. Eine separat aufbereitete 1 : 1 Mischung einer Hydrazin-Verbindung (CELLOGEN XP-100, üniroyal Chemical Co.) und monomerem Styrol wurde mit dem flüssigen Kunstharz in dem Leitungsmischer in einem Verhältnis von 16 : 100 gemischt. Die derart zur Aufschäumung vorbereitete Kunstharzmischung wurde von der Ausströmöffnung mit einer Massengeschwindig-

25 keit von 8 kg/min abgegeben. Die Zuführteile für das

gehackte Glas und den Schaumstoff wurden entlang der Drehachse der Form mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/min bewegt.

Die auf diese Weise erhaltene faserverstärkte Schicht aus ungesättigtem. Polyesterharz, war 6 m lang, hatte einen Durchmesser von 2,8m und war 20 mm dick, wobei das Auf- -Vergrößerungsmaß 2,5 betrug. '

35 Auf die oben erläuterte Schicht wurde eine weitere

Schicht aus faserverstärktem, hitzehärtbarem Kunstharz

42/43 ' .

• 1 gebildet, so daß insgesamt eine "3-Schicht-Struktur erhalten wurde.

. .Das hierdurch gebildete zylindrische Teil mit der faserverstärkten Schicht aus ungesättigtem Polyesterharz war 6 m lang, hatte einen Durchmesser von 2,8 m, war 26 mm dick und besaß eine 3-Schicht-Struktur.

Beispiel 3 .10

Unter Verwendung der Apparatus gemäß Fig„ 1 wurde ein zylindrisches FHH-Teil gebildet, wobei ein 6 m langer zylindrischer Formkörper mit einem Innendurchmesser von 2 m verwendet wurde.

Es wurde Glasgespinst SP-3 (von der Firma Äsahi Fiber Glass Ltd.) auf eine Länge von 50 mm geschnitten und der Innenfläche einer Eisenform zugeführt, die sich mit einer Geschwindigkeit von 6 Upm (dies entspricht einer Umfangsgeschwindigkeit von 37,7 m/rain) drehte. Die Zuführmenge des Glasmaterials betrug 2 kg/min. Anschließend wurde auf .das Glasfasermaterial mit einer Massengeschwindigkeit von 4 kg/min flüssiges ungesättigtes Polyesterharz (POLY™ LITE FG-104 von der Firma Dainippon Ink S Chemicals Inc.) mit einer Viskosität von 5 poise/25°C, und vorgemischt mit 0,4 Gew.-% von 6 Gew.=§ Kobaltnaphtenat (von der Firma Dainippon Ink & Chemicals Inc.) als Härtungsbes.chleunxger sowie 55 Gew.-% MEKPO (von der Firma Nippon Oils δ Fats Co., Ltd.) als Katalysator zugeführt, wobei die genannten Materialien jeweils über separate Pumpen in einem Verhältnis von 100 : 1 durch Rohrleitungen zugeführt wurden und durch eine Mischapparatur gelangten.

Anschließend wurde das Material wie im Beispiel 1 von den Andrückwalzen angedrückt- In diesem Fall x^urden 3 Sätze von Andrückwalzen verwendet, die in Abständen von etwa

43/44.

":.·: 333006

1.0 cm angeordnet waren. Der von jeder Walze durch deren Eigengewicht aufgebrachte Druck betrug etwa 230 g/cm.

' Dann wurde ein aus 50 Fasern bestehendes Glasgespinstmaterial SP-3 (von der Firma Asahi Fiber Glass Ltd.) •als Parallelwicklung mit einer Geschwindigkeit von 4,4 kg/min (38 m/min) durch die Zuführeinrichtung über das Zuleitungsrohr aufgebracht. Danach wurde weiteres Glasgespinst SP-3 auf 50 mm länge geschnitten und mit einer . Geschwindigkeit von 2 kg/min zugeführt. Danach wurde auf dieses Fasermaterial das oben erwähnte Kunstharz mit einer Massengeschwindigkeit von 8/5 kg/min aufgegeben* Das Material wurde anschließend von den Andrückwalzen angedrückt.

' Der hin- und hergehende Gleitkörper, an dem die Zuführteile für das Glasfasermaterial, das Kunstharz: und dergleichen sowie die Andrückwalzen befestigt waren, bewegte sich entlang der Drehachse der Form mit einer Geschwindigkeit von 30 cm/min.

Das so erhaltene zylindrische Teil war 6 m lang, 7 mm dick und hatte einen Durchmesser von 2 m. Aus diesem Teil wurden in axialer und in Umfangsrichtung Teststücke ausgeschnitten, um deren Festigkeit zu messen. Die Ergebnisse sind Tabelle 4 entnehmbar. ■

Tabelle 4

^-^ Testgröße	L R '	Zugfestigkeit	Zugelastizitätsmodul	Biegefestigkeit	Äußenbelastg.	Glasanteil
Nrichtung >.	(kg/irm²)	(kg/nm?)	(kg/mm²)	10.9 39.9	%
Bei- \ spiel \	-	-	Innenbelastg.	-
Beispiel 3	7.8 24.1	965 2200	11.5 40.7	44.8

La_strichtung _{tl axla}i_e Richtung; β, ümfangsrichtung

Claims

YAMAMOTO KOGYO KABUSHIKI KAISHA

Japan

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen zylindrischer Teile aus faserverstärktem hitzehärtbarem Harz

Patentansprüche

Λ L- Vorrichtung zum Herstellen von zylindrischen Teilen aus faserverstärktem hitzehärtbarem Harz, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Formkörper (A), der in. Richtung der Erzeugungslinie geöffnet werden kann und derart gelagert ist, daß er mit geringer Geschwindigkeit drehbar ist, und einen Ausleger (Bj, der in Richtung der Mittellinie des Formkörpers (A) angeordnet ist und ausgestattet ist mit einem Aufhängeblock (D) , an dem eine Verstärktingsfaserzuführung (Ej , eine Flüssigharzzuführung (Fj, eine Andrückwalzenanordnung (Gj , die sich frei dreht und nicht fremdgesteuert an die Drehung des Formkörpers (Aj angepasst ist, und bei Bedarf· eine Flüssigharzhärter zuführung angebracht sind.
2. Vorrichtung nach.Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Formkörper (A) sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 0,5 - 200 m/min, dreht.

Redeckestraße 43 TOOO München 60 Telefon (089) 88360S/8836&« Telex 5Z1J313 Telegramme P.aientconsitft.-Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/S61998 Telex 4156237 Telegramme Patantconsult
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Formkörper in Richtung der Erzeugungslinie nicht hin- und hergeht, und daß der Aufhängeblock (D) derart ausgebildet ist, daß er auf dem

5 Ausleger (B) hin- und herbewegbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Formkörper in Richtung der Erzeugungslinie hin- und herbewegbar ist, während, der

1Q Aufhängeblock (D) auf dem Ausleger brtfest ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaserzuführung (E) aus einem Faserstücke-Zuführungsteil (L) und/oder '

15 aus einem Faserzuführungsteil (M) besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückwalzenanordnung

(G) parallel z.ur Er zeugungs linie des zylindrischen Formkörpers angebracht ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß. die Andrückwalzen (G) der Anordnung eine Belastung von 20 bis 600 g/cm aufweisen.

25 ·"'■■'
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückwalzen konkave und konvexe Oberflächen besitzen.
9. Vorrichtung nach mindestens Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit fortschreitender Bildung des zylindrischen Teils sich der Aufhängeblock auf dem Ausleger (B) bewegt.
10. Vorrichtung nach mindestens Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zylindrische Formkörper mit fortschreitender Bildung des zylindrischen Teils in Richtung seiner Erzeugungslinie bewegt.

11. Verfahren zum durchgehenden Herstellen eines zylindrischen Formteils, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenseite eines zylindrischen Formkörpers (A), der in Richtung seiner Erzeugungslinie offen ist oder geöffnet werden kann und sich mit geringer Geschwindigkeit dreht, von einer Verstärkungsfaserz-uführung eine Verstärkungsfaser zugeführt wird, wobei die Verstärkungsfaserzuführung an einem Aufhängeblock angebracht ist, der sich an einem sich in Richtung der Mittellinie des Formkörpers erstreckenden Ausleger befindet, daß von einer Flüssigharz zuführung, die an dem Aufhängeblock angebracht ist, flüssiges, .hitzehärtbares Harz, auf die Verstärkungsfaser gebracht wird, daß bei Bedarf von einer Flüssigharz.-härterzuführung ein Flüssigharzhärtungsmittel zugeführt wird, und daß auf das zugeführte Material Druck mittels Walzen ausgeübt wird, die sich frei drehen, ohne fremdgesteuert an die Drehung des Formkörpers angepasst zu sein.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß. sich der zylindrische. Formkörper nicht in Richtung seiner Erzeugungslinie hin- und herbewegt, sondern daß sich nach Maßgabe des Fortschritts der Bildung des zylindrischen Teils der Aufhängeblock auf dem Ausleger.

30 bewegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängeblock sich nicht auf dem Ausleger hin- und herbewegt, sondern daß sich nach Maßgabe des Fortschritts der Bildung des zylindrischen Teils der

zylindrische Formkörper in Richtung der Bewegungslinie des Formkörpers bewegt.

14. ' Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser eine Glasfaser und/oder eine Kohlenstoffaser und/oder eine Alamidfaser ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige hitzehärtbare Harz ungesättigter Polyesterharz, Epoxyharz., Phenolharz, oder Vinylester ist.

16. Verfahren z.um Herstellung von zylindrischen Kunst— stoffteilen, dadurch gekennzeichnet, daß (1) von einer Verstärkungsfaserzuführung, die an einem Aufhängeblock angebracht ist,· welcher sich an einem sich in Richtung der Mittellinie eines zylindrischen Formkörpers erstreckenden Auslegers befindet, zur durchgehenden Bildung einer faserverstärkten Kunstharzschicht eine Verstärkungsfaser zur Innenseite des zylindrischen Formkörpers geführt wird, welcher in Richtung seiner Erzeugungslinie offen ist oder geöffnet werden kann und sich mit geringer Geschwindigkeit dreht, daß anschließend von einer an dem Aufhängeblock angebrachten Flüssigharz.zuführung flüssiges hitzehärtbares Harz auf die Faserverstärkung aufgebracht wird, daß bei Bedarf von einer Flüssigharzhärterzuführung ein Fluss igharz.-Härtungsmittel zugeführt wird, daß anschließend auf das Material Druck mittels Walzen ausgeübt wird, die sich frei drehen und nicht fremdgesteuert mit der Drehung des Formkörpers in Übereinstimmung gebracht sind, und daß (2) eine geschäumte Kunstharzschicht dadurch gebildet wird, daß von einer Schaumstoffzuführung, die an dem Aufhängeblock oder anderswo vorgesehen ist, Schaumstoff zugeführt wird und die Oberfläche der geschäumten Schicht bei Bedarf geglättet wird.

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17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (1), dann der Schritt (2) und dann wieder die Schritte (1) durchgeführt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff aus ungesättigtem Polyesterharz oder starrem Polyurethan besteht und vorzugsweise auch mit Verstärkungsfasermaterial versehen ist.

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