DE3344990A1

DE3344990A1 - Vorrichtung zum wickeln von bauteilen

Info

Publication number: DE3344990A1
Application number: DE19833344990
Authority: DE
Inventors: Peter Martin Dipl.-Ing. 8012 Ottobrunn Wackerle
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-12-13
Filing date: 1983-12-13
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE3344990C2

Description

Vorrichtung~ zum Wickeln von Bauteilen
Die Erfindung -bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Wickeln von Bauteilen# aus faserverstärktem Kunststoff mit einer eine drehbare Rolle aufweisenden Tränkeinrichtung und einer derselben nachgeordneten Walkstrecke.
Eine derartige worrichtung ist aus der DE-OS 31 09 365 bekannt. Die Tränkeinrichtung besteht dabei aus einer i#n ein Bindemittelbad eintauchenden Tränkrolle, unter der der Fa-.ser.strang hindurchgeführt wird Die Walkstrecke wird durch eine Ziehdüse gebildet, die einen durch Quetschbalken begrenzen Spalt aufweist. Uberschüssiges Bindemittel wird dadurch zurückgehalten. Bei hohen Wickelgeschwindigkeiten wird mit der bekannten Morrichtung jedoch nicht mehr die gewünschte Bauteilfestigkeit erzielt, da der Faserstrang nur ungenügend mit Harz durchtränkt wird Weiterhin ist zum Durchziehen des Faserstrangs durch die Ziehdüse eine relativ große Kraft erforderlich, so daß bei hohen Wickelgeschwindigkeiten Faserbrüche an der Ziehdüse auftreten können. Auch muß das an der Ziehdüse abgestreifte und das zwischen Tränkeinrichtung und Ziehdüse abtropfende Bindemittel zum Bindemittelbad zurückgeführt werden Aus der DE-AS 20 12 107 ist es bekannt, den Faserstrang über eine teilweise in ein Bindemittelbad eintauchende Tränkrolle zu führen und das Ausmaß der Durchtränkung des Faserstrangs durch Erhöhung der Drehzahl der Tränkrolle zu steigern. Der Drehzahl der Tränkrolle sind jedoch nach oben hin Grenzen gesetzt, wenn der Faserstrang ausreichend durchtränkt werden soll.
Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei hohen Wickelgeschwindigkeiten mit möglichst wenig Bindemittel eine ausreichende Durchtränkung des Faserstrangs sicherzustellten.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.. Darin zeigen.
Figur 1 in schematische Wiedergabe eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Tränkrolle der erfindungsgemäßen Vorrichtung Gemäß Figur t weist die Vorrichtung zum Wickeln eines rohrförmigen Bauteils I ein Gestell 2 mit Vorratsspulen 3 auf.
Die Vorratsspulen 3 können mit einem Innenabzug oder stattdessen mit einem Außenabzug versehen sein. Von jeder Vorratsspule 3 wird ein:.Faserstrang 4 (z. B. aus Glasfasern) über eine nicht dargestellte Fadenführungseinrichtung einer Umlenkrolle 5 zugeführt, die den Faserstrang 4 nach unten umlenkt. Der Faserstrang 4 wird dann, nachdem er über zwei weitere Umlenkrollen 6 und 7 geführt worden ist, einer Tränkrolle 8 zugeführt, läuft dann unten um die Tränkrolle 8 herum zur Umlenkrolle 8' und gelangt anschließend zu der Walkstrecke 9 mit den Quetschbalken 10 bis 13.
Die Tränkrolle 8 weist gemäß Figur 2 mehrere Umfangsnuten 14 bis 19 auf, in denen jeweils ein Faserstrang 4 läuft.
Oberhalb der Tränkrolle, 8 ist eine Dosiereinrichtung 20 angeordnet. Sie besteht im wesentlichen aus einem Vorratsgefäß 21 und einer daran angeschlossenen Dosierpumpe 22. Von der Dosierpumpe 22 erstreckt sich jeweils ein Auslaß 23 über jede Ringnut 14 bis t9 der Tränkrolle 8. In dem Vorratsgefäß 21 befindet sich das Bindemittel, z. B. ein Epoxydharz, vermischt mit einem Härter.
Die Tränkrolle' 8 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb angetrieben und dreht sich in Richtung der Laufrichtung des Faserstrangs 4. Die Umfangsgeschwindigkeit der Tränkrolle 8 und die Fördergeschwindigkeit der Pumpe 22 sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß die in die betreffende Ringnut 14 bis 19 vom Auslaß 23 der Pumpe 22 laufende Bindemittelmenge.von dem Faserstrang 4 im wesentlichen völlig absorbiert ist, wenn er in der betreffenden Ringnut 14 bis 19 unter .der Tränkrolle 8 hindurchgelaufen ist. Der nicht dargestellte Antrieb der Dosierpumpe 23 und der Tränkrolle 8 sind zu diesem Zweck durch ein nicht dargestelltes Getriebe gekoppelt.
D. h. es ist eine Einrichtung zur Synchronisation der Dosiereinrichtung 20 bzw. der Dosierpumpe 22 mit dem Antrieb der Tränkrolle 8 vorgesehen.
Beim lauf über die Quetschbalken 10 bis 13 wird dann das von dem Faserstrang 4 an der Tränkrolle 8 aufgenommene Bindemittel gleichmäßig in den Faserstrang 4 eingearbeitet. Um zu verhindern, daß Bindemittel vom Faserstrang 4 abtropft, sind die Quetschbalken 10 bis 13 zickzackförmig so übereinander angeordnet, daß der Faserstrang 4 stets nach oben läuft.
Von der Walkstrecke 9 gelangt der Faserstrang 4 dann zu der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24. Diese weist mehrere angetriebene Trommeln 25 bis 28 auf. Die Oberfläche der Trommeln 25 bis 28 ist so gestaltet, daß eine möglichst große Reibung zwischen Faserstrang 4 und Trommeln 25 bis 28 erzielt wird.
Die Umlaufgeschwindigkeit-der Trommeln 25 bis 28 der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 gegenüber der Umlaufgeschwindigkeit der Tränkrolle 8 ist so eingestellt, daß die Tränkrolle 8 etwas langsamer umläuft. Durch den dadurch auftretenden Schlupf wird die Aufnahme des aus dem Auslaß 23 der Dosierpumpe 22 in die betreffende Nut 14 bis 19 st#römenden Bindemittels durch den Faserstrang 4 an der Tränkrolle 8 noch verbessert. Der Schlupf ist dabei einstellbar.
D. h# es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Tränkrolle 8 zur Abzugsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 eingestellt werden kann. Um bei sich ändernder Abzugsgeschwindigkeit dieses Verhältnis aufrecht zu erhalten, sind ferner der Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 und der Antrieb der Tränkrolle 8 über ein Getriebe gekoppelt.
Da, wie erwähnt, auch die Dosiereinrichtung 20 bzw. die Dosierpumpe 22 und die Tränkrolle 8 synchron laufen, wird bei sich ändernder Abzugsgeschwindigkeit gleichfalls die Fördergeschwindigkeit der Dosierpumpe 22 und damit das Ausmaß der Tränkung der Abzugsgeschwindigkeit des Faserstrangs 4 angepaßt.
Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung deshalb nur einen Motor auf, der die Tränkrolle 8, die Dosierpumpe 23 und die Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 bzw. die Trommeln 25 bis 28 -jeweils über ein Getriebe antreibt.
Von der letzten Trommel 28 der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 läuft dann der Faserstrang-4 über eine Umlenkrolle 29 zu einer Tänzerrolle 30 und von dort zu einer weiteren Umlenkrolle 31.
Von der Umlenkrolle 31 wird der Faserstrang zu dem zu wikkelnden Bauteil 1 geführt.
Mit der er'findungsgemäßen Vorrichtung können weiterhin mehrere Bauteile 1, 1' und 1'2 gleichzeitig gewickelt werden, z. B. drei Bauteile. Im allgemeinen werdendabei für jedes zu wickelnde Bauteil 1, 1' und 1'' von mehreren Vorratsspulen 3 Faserstränge 4 abgezogen, z. B. jeweils zwei Faserstränge. Diese insgesamt sechs Faserstränge 4 laufen dann getrennt in den Umfangsnuten 14 bis 19 der Tränkrolle 8 und über die Walkstrekke 9, wobei sie zu drei, den Bauteilen 1, 1' und 1'' zuzuführenden Doppeisträngen vereinigt werden. Demgemäß sind in der Tränkrolle- 8, wie in Figur 2 dargestellt, insgesamt sechs Umfangsnuten 14 bis 19 vorgesehen sowie drei Tänzerrollen 30 vorhanden, von denen jedoch nur die vorderste in Figur 1 zu sehen ist.
Ein Hauptmerkmal .der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht nun darin, daß vor der Tränkrolle 8 eine Heizeinrichtung 32 angeordnet ist.
Die Heizeinrichtung 32 wird durch ein Heißluftgebläse 33 gebildet, das eine auf den Faserstrang 4 gerichtete schlitzförmige Düse 34 aufweist.
Dadurch wird der Faserstrang 4 einerseits vorerwärmt, so daß die Viskosität des Bindemittels beim Tränken bzw.
Walken des Faserstrangs 4-an der Tränkrolle 8 und der Walkstrecke 9 herabgesetzt ist. Andererseits werden die insbesondere durch Schlichtemittel zum Teil aneinanderhaftenden Fasern des Faserstrangs 4 durch das Heißluftgebläse 33 aufgefächert.
Um eine ausreichende Temperaturerhöhung des Faserstrangs 4 sicherz#ustellen, ist das Heißluftgebläse 33 in einer Kammer 35 mit einer Faserstrang-Eintrittsöffnung 36 und einer Faserstrang-Austrittsöffnung 37 angeordnet, und zwar im Bereich der Faserstrang-Austrittsöffnung 37. Die mit dem Heißluftgebläse 33 erzeugte Temperatur in der Kammer 35 kann beispielsweise circa TOOOC betragen.
Wie in Figur 1 dargestellt, werden die Heizeinrichtung 32, die Tränkrolle 8, das Bindemittelvorratsgefäß. 21 sowie die Dosierpumpe 22, die Walkstrecke 9 sowie die Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 und die Tänzerrolle 30 mit den Umlenkrollen 29 und 31 von einem Gehäuse 38 umschlossen, das eine Faserstrang-Eintrittsöffnung 39 und eine Faserstrang-Austrittsöffnung 40 aufweist In dem Gehäuse 38 ist eine Umluftführung der von dem Heißluftgebläse 33 erwärmten, aus der Kammer 35 austretenden Luft vorgesehen, beispielsweise ein Ventilator. Die Temperatur im Gehäuse 38 kann beispielsweise circa 600C betragen.
In dem Gehäuse 38 ist der Bindemittel-Vorratsbehälter 21 angeordnet. Auf diese Weise wird eine entsprechende Temperaturerhöhung des Bindemittels in dem Vorratsbehälter 21 sowie der Tränkrolle 8 mit einer entsprechenden Herabsetzung der Viskosität des Bindemittels erzielt, wodurch die Tränkung des Faserstrangs 4 verbessert wird. Da weiterhin der Faserstrang-4 nach dem Tränken mit der Tränkrolle 8 bis zur Austrittsöffnung 40 des Gehäuses 38 einen relativ langen Weg zurücklegt, ist auch die Einwirkungsdauer des mit einer relativ niedrigen Viskosität vorliegenden Bindemittels in den Faserstrang verhältnismäßig lang und damit die Tränkung des Faserstrangs 4 entsprechend intensiv.
Der Vorratsbehälter 21 ist dabei vorzugsweise als schlauchförmiger Wegwerfbehälter ausgebildet. Der Schlauch ist in einem nicht dargestellten Schlauchhalter angeordnet, der mit Füllstandsfühlern 41 bis 43 versehen ist.
Eine niedrige-Viskosität des Bindemittels ist zwar für das Tränken des Faserstrangs 4 günstig, nicht jedoch beim Wikkeln des Bauteils 1. Um die. Viskosität des in den Faserstrang 4 eingearbeiteten Bindemittels nach dem Austreten des Faserstrangs 4 aus der Austrittsöffnung 40 des Gehäuses 38 entsprechend. z.u erhöhen, ist an der Austrittsöffinung 40 ein Kanal 44 vorgesehen, durch den der Faserstrang 4 läuft und an den Kanal 44 eine Absaugeinrichtung angeschlossen.
Die Absaugeinrichtung weist einen Schieber 45 auf, der in einem zweiten Kanal 46 angeordnet ist, der von dem ersten von dem Faserstrang 4 durchlaufenen Kanal 44 abzweigt. Mit der Absaugeinrichtung bzw..dem Schieber 45 kann nun im Gegenstrom kalte Luft dem Faserstrang in dem Kanal 44 zugeführt werden. Gleichzeitig kann aus der Austrittsöffnung 39 austretende erwärmte Luft aus dem Kanal 44, den der Faserstrang 4 durchläuft, in den Kanal 46 gesaugt werden, so daß ein gewisser Unterdruck innerhalb des Gehäuses 38 entsteht und damit keine Bindemitteldämpfe in die Umgebung entweichen können.
- L e e r s e i t e -

Claims

Vorrichtung zum Wickeln von Bauteilen Patentansprüche Vorrichtung zum Wickeln von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, mit einer eine drehbare Rolle#aufweisenden Tränkeinrichtung und einer derselben nachgeordneten Walkstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung (32) vorgesehen ist, mit der der Faserstrang (4) vor Erreichen der Tränkrolle (8) erwärmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (32) ein Heißluftgebläse (33) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißluftgebläse (33) eine auf den Faserstrang (4) gerichtete, sich quer zum Faserstrang (4) erstreckende schlitzförmige Düse (34) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißluftgebläse (33) in einer Kammer (35) angeordnet ist, die eine Faserstrang-Eintrittsöffnung (36) und eine Faserstrang-Austrittsöffnung (37) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißluftgebläse (33) im Bereich der Faserstrang-Austrittsöffnung (37) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkeinrichtung eine Dosiereinrichtung (20) für das Bindemittel mit einem im oberen Bereich der Tränkrolle (8) angeordneten Auslaß (23) aufweist und der Faserstrang (4) unten um die Tränkrolle (8) herumläuft.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dos3ereinri.chtung (20) ein Bindemittelvorratsgefäß (21) und eine daran angeschlossene Dosierpumpe (22) für die Bindemittelzufuhr zu dem Auslaß (23) aufweist.
8. Dorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkrolle (8) für jeden ihr zugeführten Faserstrang (4) eine Umfangsnut (14 bis 19) aufweist, über der jeweils ein Auslaß (23) der Dosiereinrichtung (20) angeordnet ist und in der der Faserstrang (4) läuft.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Faserstrang-Abzugseinrichtung der Walkstrecke (9) nachgeordnet ist und der Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung (24) mit dem Antrieb der Tränkrolle (8) synchronisiert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationseinrichtung derart ausgebildet ist, daß das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Tränkrolle (8) zu der Geschwindigkeit, mit der die Faserstrang-Abzugseinri.chtung (24) den Faserstrang (4) abzieht, einstellbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Synchronisation der Dosiereinrichtung (20) bzw. der Dosierpumpe (22) mit dem Antrieb der Tränkrolle (8) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Walkstrecke (9) mehrere derart übereinander anteordnete-Quetschbalken (10 bis 13) aufweist, daß der Faserstrang (4) stets von unten nach oben läuft.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; daß ein Gehäuse (38) vorgesehen ist, das die Heizeinrichtung (32), die Tränkrolle (8) und die Walkstrecke (9) umschließt und eine Faserstrang-Eintrittsöffnung (39) und eine Faserstrang-Austrittsöffnung (40) aufweist
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelvorratsgefäß <~2T) zumindest teilweise in dem Gehäuse (38) angeordnet ist
15. Vorr-ichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelvorratsgefäß (.21) als Schlauch ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Faserstrang-Austrittsöffnung (40) des Gehäuses (38) ein Kanal (44), durch den der Faserstrang (4) läuft, vorgesehen und an den Kanal (44) eine Absaugeinrichtung angeschlossen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichent, daß die Absau.geinrichtung einen Schieber (45) aufweist, der in einem Kanal (46) angeordnet ist, der von den vom Faserstrang (4) durchlaufenen Kanal (44) abzweigt.