DE3344990C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Fasersträngen für das Wickeln von Bauteilen aus faserverstärktem Kunst­ stoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der FR-PS 21 08 923 bekannt. Der Tränkeinrichtung ist dabei eine Desorptionseinrichtung vorgeschaltet, um den Faserstrang von adsorbierten Gasen zu befreien. In der Desorptions­ einrichtung befindet sich die Heizeinrichtung, welche als elektrische Widerstandsheizung oder als Infrarot-Heizung ausgebildet ist, wobei die desorbierten Gase mit einer Vakuum-Pumpe abgeführt werden. Der von der Desorptionseinrichtung kommende Faserstrang wird in der Tränkeinrichtung in ein mehr oder weniger kaltes Bindemittelbad eingetaucht. Aufgrund der hohen Viskosität des relativ kalten Bindemittels führt dies zu einem hohen Bindemittelverbrauch. Hinzu kommt, daß gerade, wenn das Bindemit­ tel relativ kalt und damit zähflüssig ist, im Faserstrang noch enthal­ tene Luft nicht entweichen kann und damit vom Bindemittel eingeschlossen wird, was die Festigkeit der aus dem getränkten Faserstrang hergestell­ ten Bauteile beeinträchtigt.

Nach der DE-OS 31 09 365 wird der Faserstrang ebenfalls in ein mehr oder weniger kaltes Bindemittelbad eingetaucht und dann einer Walkstrecke zu­ geführt, die durch eine Ziehdüse gebildet wird, die einen durch Querbal­ ken begrenzten Spalt aufweist.

Der Erfindung, wie sie im Patentanspruch gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei hohen Wickelgeschwindigkeiten mit möglichst wenig Bindemittel eine ausreichende Durchtränkung des Faserstrangs sicherzu­ stellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patent­ anspruch enthaltenen Merkmale vorgeschlagen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also als Heizeinrichtung eine Kammer vorgesehen, in der im Bereich der Austrittsöffnung ein Heißluft­ gebläse vorgesehen ist, das auf den Faserstrang gerichtet ist. Durch das Heißluftgebläse in dieser Kammer wird der Faserstrang einerseits aufge­ fächert und andererseits kurz vor der Tränkrolle auf eine hohe Tempera­ tur erwärmt. Durch diese hohe Temperatur an der Fadenoberfläche wird das Bindemittel entsprechend erwärmt und damit örtlich so dünnflüssig, daß auch bei einer relativ geringen Menge Bindemittel und einer relativ hohen Faserstranggeschwindigkeit es zu einer hinreichenden Durchtränkung des Faserstrangs kommt.

Weiterhin weist die Tränkeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Tränkrolle auf, der das Bindemittel im oberen Bereich zugeführt wird und um die der Faserstrang unten herumläuft. Auf diese Weise kann von vornherein dosiert nur so viel Bindemittel zugeführt werden, wie der Faden aufnehmen kann. Auch kann so die im Faserstrang enthaltene Luft leichter entweichen, und zwar nicht nur, weil das Bindemittel dünnflüs­ sig ist, sondern auch dadurch, daß der Faserstrang gegen die Rolle ge­ drückt wird, was zu einem Entweichen der Luft an der gegenüberliegenden Seite des Faserstrangs führt.

Schließlich ist erfindungsgemäß in dem Gehäuse, das die Heizeinrichtung und die Tränkeinrichtung umschließt, nach der Tränkeinrichtung eine Walkstrecke vorgesehen, wodurch ein unter erhöhter Temperatur verlaufen­ der Nachtränkeffekt erzielt wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 in schematischer Wiedergabe eine Seitenansicht einer Aus­ führungsform der Vorrichtung und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Tränk­ rolle der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung zum Wickeln eines rohrförmigen Bau­ teils 1 ein Gestell 2 mit Vorratsspulen 3 auf. Die Vorratsspulen 3 kön­ nen mit einem Innenabzug, oder statt dessen mit einem Außenabzug versehen sein. Von jeder Vorratsspule 3 wird ein Faserstrang 4 (z. B. aus Glas­ fasern) 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 Fig. 2 mehrere Umfangsnuten 14 bis 19 auf, in denen jeweils ein Faserstrang 4 läuft.

Oberhalb der Tränkrolle 8 ist eine Dosiereinrichtung 20 an­ geordnet. Sie besteht im wesentlichen aus einem Vorratsge­ fäß 21 und einer daran angeschlossenen Dosierpumpe 22. Von der Dosierpumpe 22 erstreckt sich jeweils ein Auslaß 23 über jede Ringnut 14 bis 19 der Tränkrolle 8. In dem Vorratsge­ fäß 21 befindet sich das Bindemittel, z. B. ein Epoxyharz, 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 Bindemittel­ menge 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 An­ trieb der Dosierpumpe 23 und der Tränkrolle 8 sind zu diesem Zweck durch ein nicht dargestelltes Getriebe gekoppelt. Das heißt, es ist eine Einrichtung zur Synchronisation der Dosier­ einrichtung 20 bzw. der Dosierpumpe 22 mit dem Antrieb der Tränkrolle 8 vorgesehen.

Beim Lauf über die an den Quetschbalken 10 bis 13 bestehende Walkstrecke 9 wird dann das von dem Faserstrang 4 an der Tränkrolle 8 aufgenommene Binde­ mittel 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 ange­ triebene Trommeln 25 bis 28 auf. Die Oberfläche der Trom­ meln 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 strömenden Bindemittels durch den Fa­ serstrang 4 an der Tränkrolle 8 noch verbessert. Der Schlupf ist dabei einstellbar.

Das heißt es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der das Verhält­ nis der Umfangsgeschwindigkeit der Tränkrolle 8 zur Abzugsge­ schwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 eingestellt werden kann. Um bei sich ändernder Abzugsgeschwindigkeit die­ ses Verhältnis aufrecht zu erhalten, sind ferner der Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 und der Antrieb der Tränk­ rolle 8 über ein Getriebe gekoppelt.

Da, wie erwähnt, auch die Dosiereinrichtung 20 bzw. die Do­ sierpumpe 22 und die Tränkrolle 8 synchron laufen, wird bei sich ändernder Abzugsgeschwindigkeit gleichfalls die Förder­ geschwindigkeit der Dosierpumpe 22 und damit das Ausmaß der Tränkung der Abzugsgeschwindigkeit des Faserstangs 4 ange­ paßt.

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 wic­ kelnden Bauteil 1 geführt.

Mit der Vorrichtung können weiterhin mehrere Bauteile 1, 1′ und 1′′ gleichzeitig gewickelt werden, z. B. drei Bauteile. Im allgemeinen werden dabei für jedes zu wickelnde Bauteil 1, 1′ und 1′′ von mehreren Vorratsspulen 3 Faserstränge 4 abgezogen, z. B. jeweils zwei Faserstränge. Die­ se insgesamt sechs Faserstränge 4 laufen dann getrennt in den Umfangsnuten 14 bis 19 der Tränkrolle 8 und über die Walkstrec­ ke 9, wobei sie zu drei, den Bauteilen 1, 1′ und 1′′ zuzu­ führenden Doppelsträngen vereinigt werden. Demgemäß sind in der Tränkrolle 8, wie in Fig. 2 dargestellt, insgesamt sechs Umfangsnuten 14 bis 19 vorgesehen sowie drei Tänzerrollen 30 vorhanden, von denen jedoch nur die vorderste in Fig. 1 zu sehen ist.

Ein Hauptmerkmal der Vorrichtung besteht darin, daß vor der Tränkrolle 8 eine Heizeinrichtung 32 angeordnet ist.

Die Heizeinrichtung 32 wir durch ein Heißluftgebläse 33 ge­ bildet, das eine auf den Faserstrang 4 gerichtete schlitz­ förmige 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 Walk­ strecke 9 herabgesetzt ist. Andererseits werden die insbe­ sondere durch Schlichtemittel zum Teil aneinanderhaftenden Fasern des Faserstrangs 4 durch das Heißluftgebläse 33 aufgefächert.

Um eine ausreichende Temperaturerhöhung des Faserstrangs 4 sicherzustellen, ist das Heißluftgebläse 33 in einer Kam­ mer 35 mit einer Faserstrang-Eintrittsöffnung 36 und einer Faserstrang-Austrittsöffnung 37 angeordnet, und zwar im Be­ reich der Faserstrang-Austrittsöffnung 37. Die mit dem Heiß­ luftgebläse 33 erzeugte Temperatur in der Kammer 35 kann bei­ spielsweise circa 100°C betragen.

Wie in Fig. 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 Umlenk­ rollen 29 und 31 von einem Gehäuse 38 umschlossen, das eine Faserstrang-Eintrittsöffnung 39 und eine Faserstrang-Aus­ trittsöffnung 40 aufweist.

In dem Gehäuse 38 ist eine Umluftführung der von dem Heiß­ luftgebläse 33 erwärmten, aus der Kammer 35 austretenden Luft vorgesehen, beispielsweise ein Ventilator. Die Tempera­ tur im Gehäuse 38 kann beispielsweise circa 60°C betragen.

In dem Gehäuse 38 ist der Bindemittel-Vorratsbehälter 21 an­ geordnet. Auf diese Weise wird eine entsprechende Temperatur­ erhöhung 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 schlauch­ förmiger 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 Wic­ keln des Bauteils 1. Um die Viskosität des in den Faser strang 4 eingearbeiteten Bindemittels nach dem Austreten des Faserstrangs 4 aus der Austrittsöffnung 40 des Gehäuses 38 entsprechend zu erhöhen, ist an der Austrittsöffnung 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 durchlaufenden Kanal 44 abzweigt. Mit der Absaugeinrichtung bzw. dem Schieber 45 kann nun im Ge­ genstrom kalte Luft dem Faserstrang in dem Kanal 44 zuge­ führt werden. Gleichzeitig kann aus der Austrittsöffnung 39 austretende erwärmte Luft aus dem Kanal 44, den der Faser­ strang 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.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Imprägnieren von Fasersträngen für das Wickeln von Bauteilen aus faserverstärk­ tem Kunststoff, mit einer Tränkeinrichtung einer Heizeinrichtung, mit der der Faserstrang vor der Tränkein­ richtung erwärmt wird und einem Gehäuse, das die Heizein­ richtung und die Tränkeinrichtung umschließt und eine Faserstrang-Eintrittsöffnung und eine Faserstrangs- Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (32) eine Kammer (35) mit einer Faserstrang-Eintrittsöffnung (36) und einer Faserstrang-Austrittsöffnung (37) und ein in der Kammer (35) im Bereich der Faserstrang-Austrittsöffnung (37) auf den Faserstrang (4) gerichtetes Heißluftgebläse (33) umfaßt, die Tränkeinrichtung eine Tränkrolle (8) aufweist, der das Bindemittel im oberen Bereich zugeführt wird, und um die der Faserstrang (4) unten herum läuft, und in dem Gehäuse (38) eine Walkstrecke (9) der Tränkrolle (8) nachgeordnet ist.