DE3345010C2

DE3345010C2 - Vorrichtung zum Wickeln zylindrischer Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff

Info

Publication number: DE3345010C2
Application number: DE19833345010
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: 1986-10-30
Also published as: DE3345010A1

Abstract

Eine Wickelmaschine zur Herstellung zylindrischer Bauteile (1) aus faserverstärktem Kunststoff weist eine Tränkeinrichtung mit einer Tränkrolle (8) und eine derselben nachgeordnete Faserstrang-Abzugseinrichtung (24) auf, mit der die Zugspannung des zum Bauteil (1) abgehenden Faserstrangs (4) herabgesetzt wird. Damit die Zugspannung auch bei plötzlichen, großen Änderungen der Faserstrang-Laufgeschwindigkeit sich nicht erhöht, ist eine Einrichtung (32) vorgesehen, mit der die Differenz zwischen der Faserstrang-Laufgeschwindigkeit und der Abzugsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung (24) gemessen wird, wobei die Geschwindigkeitsdifferenz-Meßeinrichtung (32) den Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung (24) steuert.

Description

bei einer hohen Durchträokung des Fadens mit einer möglichst geringen Bindemittelmenge zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Ansprucli 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

In den Ansprüchen 2 bis 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet

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

F i g. 1 in schematischer Wiedergabe eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungjform der Tränkrolle der Vorrichtung; und

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Rohres als Beispiel für ein Bauteil, das mit der Vorrichtung gewikkelt werden kann, in teilweiser Wiedergabe.

Gemäß F i g. 1 weist die Vorrichtung zum Wickeln eines rohrförmigen Bauteils 1 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 Umlenkr^lle 5 zugeführt, die den Strang 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 unten um die Tränkrolle 8 herum über eine Umlenkrolle 8' und gelangt anschließend zu der Walkstrecke 9 mit den Quetschbalken 10 bis 13.

Die Tränkrolle 8 weist gemäß F i g. 2 mehrere Umfangsnuten 14 bis 19 auf, in denen jeweils ein Faserstrang 4 angeordnet ist. Oberhalb der Tränkrolle 8 ist eine Dosiereinrichtung 20 angeordnet Sie besteht in: wesentlichen aus einem Vorratsgefäß 21 und einer daran angeschlossenen Pumpe 22. Von der Pumpe 22 erstreckt sich jeweils ein Auslaß 23 über jede Umfangsnut 14 bis 19. In dem Vorratsgefäß 21 befindet sich das Bindemittel, zum Beispiel ein Epoxydharz, vermischt mit einem Härter.

Die Tränkrolle 8 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb arjetrieben und dreht sich in Richtung der Laufrichtung des Faserstranges 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 unter der Tränkrolle 8 hindurchgelaufen ist Der nicht dargestellte Antrieb der Dosierpumpe 23 und der der Tränkrolle 8 sind zu diesem Zweck durch ein nicht dargestelltes Getriebe gekoppelt. D. h. es ist eine Einrichtung zur Synchronisation der Dosiereinrichtung 20 b;:.w. 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 tropft, sind die Quetschbalken 10 bis 13 zickzackförmig übereinander angeordnet.

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 gegenüber der Tränkr?Ue 8 ist so eingestellt, daß die Tränkrolle 8 etwas langsamer umläuft. Durch 'jn 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 Faserstrang 4 an der Tränkrolle 8 noch verbessert Der Schlupf ist vorzugsweise einstellbar. D. h. mit der Einrichtung zur Synchronisation des Antriebs der Tränkrolle 8 mit dem Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 läßt sich der Schlupf der Faserstränge 4 an der Tränkrolle 8 einstellen.

ίο Vonderletzten 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.

Die ein bestimmtes Gewicht oder eine bestimmte Federbelastung aufweisende Tänzerrolle 30 ist ein Teil einer Einrichtung 32 zur Messung der Differenz zwischen der Laufgeschwindigkeit des von der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 zum Bauteil 1 abgehenden Faserstrangs 4 und der Abzugsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24. Dabei wird von dem Umstand Gebrauch gemacht daß die vertikale Position der Tänzerrolle 30 von der Differenz zwischen der Laufgeschwindigkeit des zum Bauteil 1 abgehenden Faserstrangs 4 und der Abzugsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 abhängt Die GeschwindigkeUsdifferenz-Meßeinrichtung 32 kann dazu ein Potentiometer aufweisen, das von einem an der Tänzerrolle 30 befestigten Arm 33 betätigt wird, der mittels einer Führung 34 in einem Längsschlitz 35 auf- und abbeweglieh geführt ist.

Die Geschwindigkeitsdifferenz-Meßeinrichtung 32 steuert simultan die Umlaufgeschwindigkeit der Tränkrolle 8, die Fördergeschwindigkeit der Dosierpumpe 22 und die Antriebsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 bzw. die Umlaufgeschwindigkeit der Trommeln 25 bis 28.

Auf diese Weise wird erreicht, daß bei sich ändernder Laufgeschwindigkeit des Faserstrangs 4 beispielsweise durch einen sich vergrößernden Außendurchmesser des Bauteils 1 sich die Antriebsgeschwindigkeit der Fasersfang-Abzugseinrichtung 24 bzw. die Umlaufgeschwindigkeit der Trommeln 25 bis 28 erhöht, so daß sich immer die optimale Zugspannung des Faserstrangs 4 zwischen Abzugseinrichtung 24 und Bauteil 1 einstellt, d. h.

nur die durch das Gewicht der Tänzerrolle 30 bedingte Zugspannung.

Gleichzeitig wird die Umlaufgeschwindigkeit der Dosierpumpe 22 und damit das Ausmaß der Tränkung der Abzugsgeschwindigkeit des Faserstranges 4 angepaßt.

D. h. es ist nicht nur eine Einrichtung zur Synchronisation des Antriebs der Tränkrolle 8 mit dem Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 vorgesehen, sondern außerdem eine Einrichtung zur Synchronisation der Dosiereinrichtung 20 bzw. der Dosierpumpe 22 mit dem Antrieb der Tränkrolle 8.

Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung deshalb nur einen Motor auf, der von der Geschwindigkeitsdifferenz-Meßeinrichtung 32 gesteuert wird, wobei die Tränkrolle 8, die Dosierpumpe 23 und die Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 bzw. die Trommeln 25 bis 28 jeweils über ein Getriebe, an diesen Motor angeschlossen sind.

Mit der geschilderten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können weiterhin mehrere Bauteile 1 gleichzeitig gewickelt werden, z. B. drei Bauteile 1, Γ und 1", wie in Fig. 1 angedeutet. Im allgemeinen werden dabei für jedes zu wickelnde Bauteil 1 von mehreren Vorratsspulen 3 Faserstränge 4 abgezogen,

ζ. B. jeweils zwei Faserstränge. Die insgesamt sechs Faserstränge 4 laufen dann getrennt in den Umfangsnuten 14 bis 19 der Tränkrolle 8 und über die Walkstrecke 9 und werden vor der Tänzerrolle 30 zu drei, den Bauteilen 1, Γ und 1" zuzuführenden DoppelMfängen vereinigt. Demgemäß sind in der Tränkrolle 8 insgesamt sechs Umfangsnuten 14 bis 19 vorgesehen, wie in F i g. 2 gezeigt.

Desgleichen ist für jedes zu wickelnde Bauteil 1, Γ und 1" jeweils eine Tänzerrolle 30,30' und 30" vorgese- ι ο hen, wie in F i g. 1 angedeutet. Um die Geschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 zu steuern, ist eine Einrichtung vorgesehen, durch die die jeweils in der höchsten Position befindliche Tänzerrolle 30' die Faserstrang-Laufgeschwindigkeit bestimmt, die zur Steuerung des Antriebs der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 herangezogen wird.

Damit die Tänzerrollen 30,30' und 30" annähernd die

gleiche Vertikale ΡΰΐίίίΰΠ beibehalten, ΐ5ΐ ν'ΟΓ der UlTS-lenkrolle 5 eine Faserstrang-Bremseinrichtung angeordnet, die durch eine von den Fasersträngen 4 umschlungene Bremsrolle 37 gebildet wird. Das Bremsmoment der Faserstrang-Bremseinrichtung bzw. Bremsrolle 37 wird dabei von der jeweils in der tiefsten Position befindlichen Tänzerrolle 30" bestimmt.

Die Faserstrang-Bremseinrichtung bzw. Bremsrolle 37 ist auch deswegen erforderlich, weil die Faserstrang-Spannungsmeßeinrichtung 32 zusätzlich eine Einrichtung aufweist, die bei einer bestimmten maximalen Differenz zwischen der Laufgeschwindigkeit eines der zu den Bauteilen 1, Γ und 1" abgehenden Faserstränge 4 und der Abzugsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24 oder beim Bruch eines der Faserstränge 4 die gesamte Anlage, d h. den Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung 24, den Antrieb der Tränkrolle 8, die Wickelmaschine, also den Antrieb zum Wickeln des Bauteils 1 sowie die Dosierpumpe 22 abschaltet

Diese Einrichtung kann aus einem Schalter 38 bzw. 39 bestehen, der unter bzw. oberhalb der Tänzerrollen 30, 30' und 30" angeordnet ist. Der Schalter 38 wird also bei Bruch eines Faserstranges 4 betätigt der Schalter 39 beispielsweise dann, wenn ein Faserstrang 4 sich nicht von der Tränkrolle 8 löst und zum Quetschbalken 10 läuft, sondern die Tränkrolle 8 umschlingt.

In F i g. 1 und 3 ist ein Rohr 1 während des Wickeins dargestellt Das Rohr 1 soll dabei lediglich als Beispiel für ein Bauteil dienen, das mit der erfiindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden kann.

Beim Wickeln ist das Rohr 1 auf einem Wickeldorn 40 angeordnet der axial unbeweglich in eine nicht dargestellte Wickelmaschine eingespannt ist Eine Fadenführungseinrichtung bzw. ein Fadenauge 41 wird entlang dem Rohr 1 hin und her bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, daß sich auch am Abschnitt 42 des Rohres 1 mit vergrößertem Durchmesser wie im übrigen Bereich des Rohres 1 ein bestimmter Wickelwinkel der Faserstränge von z. B. ±45° gegenüber der Längsachse ergibt

Der Abschnitt 42 mit vergrößertem Durchmesser stellt ein Element dar, das bei Einwirkung einer bestimmten Biege- und/oder Axiallast auf das Rohr 1 zerbricht Damit das Rohr 1 auch im Bereich des Elements 42 die notwendigen Torsionskräfte zu übertragen in der Lage ist, ist ;es erforderlich, daß an den Stirnflächen 43 und 44 des Elements 42 die gitterförmig übereinander liegenden Stränge 4 in Form von dreieckförmigen Elementen ausgebildet sind, deren Spitzen 45 genau auf den Außenkanten der Stirnflächen 43 und 44 des Elements 42 liegen (F i g. 3).

Dieses Beispiel eines gewickelten Bauteils ( verdeutlicht, wie wichtig es ist, daß die Faserstrangspannung beim Wickeln stets einen bestimmten optimalen Wert einnimmt und zwar auch dann, wenn plötzlich große Änderungen der Laufgeschwindigkeit des Faserstrangs 4 auftreten. Die Ausbildung eines bestimmten Wickelwinkels im Bereich des Elements 42 und im übrigen Bereich des Rohres 1 sowie die Anordnung der Spitzen 45 exakt auf den Außenkanten des Elements 42 läßt sich nämlich nur bei genau vorgegebener Zugspannung des Faserstrangs 4 erreichen.

Von Bedeutung ist ferner, daß beim Wickeln eines derartigen Bauteils 1 die geodätischen Verhältnisse am Element 42 wie am übrigen Rohr 1 beachtet werden müssen, weil es sonst zu einer unkontrollierten Ablage des Faserstrangs 4 am Rohr 1 vor dem Element 42

läftt

doch nur bei geringer Fadenspannung verhindern. Gleichfalls ist von Bedeutung, daß das Element 42 zweckmäßigerweise durch das Wickeln des Faserstrangs 4 auf eine auf dem Wickeldorn 40 aufgestellte dünnwandige Hülse gebildet wird. Eine derartige Hülse hält aber nur einer relativ geringen Zugspannung des Faserstranges 4 stand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

i 2

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

Patentansprüche: zeichnet, daß die Faserstrang-Bremseinrichtung aus

einer von den Fasersträngen (4) umschlungenen

!.Vorrichtung zum Wickeln zylindrischer Bauteile Bremsrolle (37) besteht, die vor der Tränkrolie (8) aus faserverstärktem Kunststoff, mit einer eine dreh- 5 angeordnet ist.
bare Tränkrolle aufweisenden Tränkeinrichtung, einer Einrichtung zur Dosierung des der Tränkrolle

zugeführten Bindemittels und einer der Tränkeinrichtung nachgeordneten Einrichtung zum Abzug

des Faserstranges mit einer Geschwindigkeit, daß 10 Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum

die Zugspannung des zum Bauteil abgehenden Fa- Wickeln zylindrischer Bauteile nach dem Oberbegriff

serstrangs weitgehend herabgesetzt ist, dadurch des Anspruchs 1.

gekennzeichnet, daß zwischen der Faser- Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS

strang-Abzugseinrichtung (24) und dem zu wickeln- 31 09 365 bekannt Die Tränkeinrichtung besteht dabei den Bauteil (1) eine Einrichtung (32) zur Messung ;5 aus einer in ein Bindemittelbad eintaucher.den Tränk-

der Differenz zwischen der Laufgeschwindigkeit des rolle, unter der der Faserstrang hindurchgeführt wird,

von der Faserstrang-Abzugseinrichtung (24) zum Die Faserstrang-Abzugseinrichtung weist eine oder

Bauteil (1) abgehenden Faserstrangs (4) und der Ab- mehrere angetriebene Spilltrommeln auf, um die der

Zugsgeschwindigkeit der Faserstrang-Abzugsein- Faserstrang gewickelt ist Die Faserstrangzugspannung

richtung (24) vorgesehen ist, wobei die Geschwin- 20 zwischen den Spilltrommeln und dem Wickeldorn wird

digkeits&fierenz-Meßeinrichtung (32) die Antriebs- dadurch erheblich reduziert Um Schwankungen der Fa-

geschwindigkeil der Fasersirang-Abzugseinrichiung serstrang-Laufgeschvvindigkeit zwischen den Spiütrom-

(24), die von der Dosiereinrichtung (20) abgegebene mein und dem Wickeldorn auszugleichen, ist dazwi-

Bindemittelmenge und die Umlaufgeschwindigkeit sehen eine Tänzerrolle vorgesehen, wobei das verhält-

der Tränkrolle (8) steuert 25 nismäßig geringe Gewicht der Tänzerrolle die Zugspan-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- nung des Faserstrangs bestimmt.

zeichnet, daß zur Steuerung der Umlaufgeschwin- Eine geringe Zugspannung des Faserstrangs am Wik-

digkeit der Tränkrolle (8) eine Einrichtung zur Syn- keldorn ist nämlitn beispielsweise erwünscht um ein

chronisation des Antriebes der Tränkrolle (8) mit Herausquetschen des Bindemittels aus dem gewickelten

dem Antrieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung 30 Bauteil zu verhindern. Sollen zylindrische Bauteile mit

(24) vorgesehen ist und mit der Synchronisationsein- sich in axialer Richtung änderndem Außendurchmesser

richtung e:.i Schlupf des Faserstranges (4) an der mit definierten Wickelwinkeln der Faserstränge zu der

Tränkrolie (8) einstellbar ist Bauteillängsachse gewickelt werden, so ist dafür gleich-
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch falls eine geringe Zugspannung am Wickeldorn Vorausgekennzeichnet, daß die GescHwindigkeitsdifferenz- 35 Setzung.

Meßeinrichtung (32) eine Einrichtung (38, 39) auf- Andererseits ist eine gewisse Fadenspannung schon weist, die bei einer bestimmten maximalen Differenz deswegen unumgänglich, um den am Wickeldorn abgezwischen der Laufgeschwindigkeit des zum Bauteil legten Faserstrang so in seiner Position zu halten, daß er (1) abgehenden Faserstranges (4) und der Abzugsge- durch den darübergewickelten Faserstrang nicht verschwindigkeit der Faserstrang-Abzugseinrichtung 40 rutscht und sich dadurch Locken bilden.
(24) sowie bei Bruch des Faserstranges (4) den An- Die bekannte Vorrichtung ist für Wickelprozesse mit trieb der Faserstrang-Abzugseinrichtung (24), den relativ geringen oszillierenden Änderungen der Laufge-Antrieb der Tränkrolle (8), den Antrieb zum Wickeln schwindigkeit des Faserstrangs geeignet,
des Bauteils (1) und die Bindemittelzufuhr von der Während des Wickeins mit zunehmendem Bauteil-Dosiereinrichtung (20) zur Tränkrolle (8) stillsetzt. 45 durchmesser tritt eine Erhöhung der Faserstrang-Lauf-
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden An- geschwindigkeit durch die erhöhte Umfangsgeschwinsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge- digkeit des Bauteils auf. Die Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz-Meßeinrichtung (32) eine schwindigkeit und damit der Faserstrang-Laufge-Tänzerrolle (30) umfaßt, wobei die Laufgeschwin- schwindigkeit ist dabei bei solchen Bauteilen besonders digkeit des zum Bauteil (1) abgehenden Faserstrangs 50 gravierend, deren Außendurchmesser sich beim Wik-(4) durch die vertikale Position der Tänzerrolle (30) kein in axialer Richtung plötzlich erheblich ändert. In bestimmt wird. diesem Fall oder allgemein dann, wenn der Wickelpro-
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden An- zeß große Änderungen der Laufgeschwindigkeit des sprüche, mit der mehrere Bauteile gleichzeitig wik- Faserstrangs verlangt, z. B. bei hohen Beschleunigungen kelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes 55 der Wickelmaschine, ist die bekannte Vorrichtung jezu wickelnde Bauteil (1) eine Tänzerrolle (30, 30', doch unbrauchbar.

30") sowie eine Einrichtung vorgesehen ist, durch Aus der DE-AS 20 12 107 ist es bekannt, den Grad der die die jeweils in der höchsten Position befindliche Beaufschlagung des Faserstranges mit Bindemittel da-Tänzerrolle (30') die Faserstrang-Laufgeschwindig- durch einzustellen, daß eine teilweise in Bindemittel gekeit bestimmt, nach der die Geschwindigkeitsdiffe- 60 tauchte Tränkrolle, über die der Faserstrang geführt ist, |5 renz-Meßeinrichtung (32) die Faserstrang-Abzugs- verwendet und das Verhältnis der Umfangsgeschwineinrichtung (24) steuert digkeit der Tränkrolle zur Laufgeschwindigkeit des Fa-6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- serstranges entsprechend geändert wird. Jedoch werden h zeichnet, daß der Faserstrang-Abzugseinrichtung nach dieser Druckschrift keinerlei Maßnahmen getrof-.|< (24) eine Faserstrang-Bremseinrichtung vorgeord- 65 fen, trotz Änderung der Laufgeschwindigkeit des Faserig net ist, wobei das Bremsmoment der Faserstrang- Strangs, eine konstante Spannung desselben zu erhalten. $ Bremseinrichtung von der jeweils in der tiefsten Po- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei opti-Ül sition befindlichen Tänzerrolle (30") bestimmt wird. maler Fadenspannung eine hohe Laufgeschwindigkeit