DE4122685C2 - Einrichtung zum Regulieren der Roving- (Faserstrang-) Zugspannung in einer Anlage zum Herstellen von Gegenständen aus faserarmiertem Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regulieren der Roving-(Faserstrang-) Zugspannung an einer Anlage zum Herstellen von Gegenständen aus faserarmiertem Kunststoff, wobei ein oder getrennt voneinander meh­ rere jeweils von an einem senkrechten Bauteil eines Maschinengestells um eine fest angeordnete waagerechte Achse drehbar gelagerten Rovingrolle abgezogene Rovings gleichzeitig durch flüssigen Kunststoff gezogen und unter Zugspannung in eine formgebende Vorrichtung ein­ gezogen werden und der Kunststoff bei vollendeter Form­ gebung weitgehend ausgehärtet ist.

Eine Einrichtung mit diesen Gattungsmerkmalen ist bereits durch das DE-GM 88 05 929 bekannt geworden. Dabei ist an jedem Roving-Einlauf zu einem vor einer Wickelmaschine angeordneten Harzbad zwischen der Rovingrolle und dem Harzbad in einer Lagerung ein aus wenigstens zwei aneinander abrollenden, den Roving zwischen sich führenden Rollen bestehender Rollensatz angeordnet. Die Rollen eines Rollensatzes haben jeweils eine Mantelschicht aus elastischem Material mit griffi­ ger Oberfläche. An einer Rolle des Rollensatzes ist ein Bremsband angeordnet, welches einen Endabschnitt der Rolle auf einem Teil des Umfanges umgreift und dessen Auflagedruck durch eine Spannvorrichtung stufenlos ver­ stellbar ist.

Damit die Rovings in der Wicklung auf dem Wickelkern möglichst gleichmäßig dicht aufeinanderliegen, ist es erforderlich, daß sie beim Wickeln unter straffer Zug­ spannung gehalten werden. Bei der Einrichtung gemäß dem DE-GM 88 05 929.4 wird die erforderliche Zugspannung im wesentlichen dadurch erzielt und geregelt, daß die Rovings zwischen den mehr oder weniger stark abge­ bremsten Rollen festgehalten werden.

Ein solche Einrichtung hat zwar einerseits den Vorteil, daß die Rovings sowohl außen von den Rollen, als auch innen aus den Rollen heraus abgezogen werden können. Die Rovingrollen müssen nicht in einer aufwendigen Halterung drehbar gelagert werden. Beim Innenabzug genügt ein Korb oder dergleichen, worin die Rovingrolle senkrecht steht.

Diesem Vorteil stehen aber auch Nachteile gegenüber: Zum einen wird die Zugspannung im wesentlichen dadurch erzielt und reguliert, daß die Rovings jeweils zwischen zwei Rollen fest eingeklemmt werden, wobei eine der Rollen mehr oder weniger stark gebremst wird. Durch die dabei entstehenden Preß- und Reibungskräfte brechen in den Rovings zahlreiche Fasern. Es ist nicht vermeidbar, daß sich Faserstücke aus der Rovingoberfläche lösen und sich vor dem Harzabstreifer zu harzdurchtränkten Knäueln ansammeln. Diese können durch den Harzabstreifer in das Endprodukt gelangen und darin zu mehr oder weniger großen Fehlern führen.

Zum andern kann durch die Regulierung der Roving-Zug­ spannung allein durch das Abbremsen einer der beiden den Roving zwischen sich haltenden Rollen die Zugspan­ nung nicht sensibel und vollständig gleichbleibend eingestellt werden.

Aus der US-PS 3,440,120 geht eine Vorrichtung der ein­ gangs beschriebenen Gattung hervor, wobei ein Faser­ strang von einer ungebremsten Spule über Führungsrol­ len in ein Tauchbad mit flüssigem Kunststoff unter einer weiteren Rolle hindurch über eine bremsbare Spannrolle und durch einen Fadenführer hindurch auf einen Wickelkern geführt wird. Durch Messung des Dreh­ widerstandes an der Antriebswelle des Wickelkerns mit­ tels einer elektrischen Einrichtung wird die auf dem Wickelkern liegende Roving-Zugspannung festgestellt. Die gemessenen Werte werden elektrisch über eine Steuereinrichtung an eine auf die Spanntrommel wirkende Bremse geleitet, die nach Eintreffen der entsprechen­ den Signale zur Wirkung kommt.

Diese Vorrichtung führt zu Mängeln, die unbedingt zu vermeiden sind:

• - Der Roving gelangt erst nach dem Tauchbad auf die Spanntrommel. Der anhaftende Kunststoff wirkt auf der Spanntrommel wie ein Schmiermittel, welches die Spannungsregelung erheblich beeinträchtigt. Die Spannungsregelung wird "schwerfällig" und unsicher.
• - Durch die Einwirkung der mit schwankender Kraft ge­ bremsten Spanntrommel auf den mit flüssigem Kunst­ stoff beschichteten Roving wird die Gleichmäßigkeit der Kunststoffbeschichtung erheblich beeinträchtigt. Die Beschichtung wird ungleichmäßig, wes sich als qualitätsmindernd auf das herzustellende Produkt auswirkt.
• - Alle vorwiegend schon an der Roving-Spule entstehen­ den mehr oder weniger ruckartigen Schwankungen der Roving-Zugspannung gelangen bis in das auf dem Wickelkern sich im Werden befindende, noch ungehär­ tete faserarmierte Kunststoffprodukt und werden durch dieses hindurch weitergeleitet über den Wickel­ kern auf dessen Antriebswelle mit einer Meßeinrich­ tung. Dort erst, wenn eine Spannungsveränderung das unfertige, noch empfindliche Wickelprodukt auf dem Wickelkern bereits passiert hat, wird eine Regulie­ rung der auf die Spanntrommel wirkenden Bremse ein­ geleitet.

Indessen ist aber die Technik zur Formgebung von faser­ armiertem Kunststoff an sich soweit entwickelt worden, daß man auch komplizierte Gegenstände wie z. B. Kurbel­ wellen aus diesem Material herstellen kann. Um die für solche Gegenstände erforderliche Maßhaltigkeit und Gleichmäßigkeit in der Struktur zu erzielen, reicht die Leistungsfähigkeit der bekannten Einrichtungen zum Regeln der Roving-Zugspannung nicht aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Regulieren der Roving-Zugspannung an einer Anlage zum Herstellen von Gegenständen aus faser­ armiertem Kunststoff zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Einrichtungen beseitigt sind.

Es soll eine während des Rovingabzuges ständig gleichbleibende Roving-Zugspannung in einer beliebig eingestellten Stärke erhalten bleiben, damit eine stets gleichblei­ bende Materialdichte und -struktur im Fertigungspro­ dukt gewährleistet ist. Dabei sollen Abschabungen an den Rovings und damit verbundene Faserbrüche weitest­ gehend vermieden werden, so daß Büschel von kunststoff­ behafteten Faserstücken, die zu Materialfehlern im Produkt führen, praktisch nicht mehr entstehen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Weitere Einzelheiten, Vervollkommnungen der Einrichtung und alternative Lösungsvorschläge gehen aus den An­ sprüchen 2 bis 9 hervor.

Das Abziehen der Rovings von der Außenseite der Rollen macht zwar eine besondere Halterung der Rovingrollen, wobei diese mit einer Nabenhülse um eine feste Achse drehbar gelagert sind, erforderlich.

Dem stehen aber unverzichtbare Vorteile gegenüber: Dadurch, daß die Roving-Zugspannung allein durch regu­ lierbares Bremsen der Rovingrollen auf ihren Lagerachsen erzielt wird, bleiben die Rovings von Abschabungen mit den auf die Qualität des Wickelproduktes schädlichen Folgen weitestgehend verschont.

Durch das Zusammenwirken der Spannvorrichtung und der Ausgleichsvorrichtung wird ein Höchstmaß an Gleichmäßig­ keit der Roving-Zugspannung während des Wickelns erreicht. Dabei ist es belanglos, ob der Roving von einer vollen Rolle, also über einen großen Rollenradius oder von der fast leeren Rolle, also über einen kleinen Rollenradius abgezogen wird. Die mit der Verkleinerung des Rollendurchmessers einhergehende Verkürzung des Hebelarms, über den die Bremse spannend auf den Roving wirkt, wird durch die von der Rovingspannung abhängige Spannung der Spannfeder ausgeglichen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Einrichtung für einen Rovingzug in Seitenansicht,

Fig. 2 die gleiche Einrichtung in Draufsicht,

Fig. 3 eine prinzipiell gleiche Einrichtung jedoch für drei Rovingzüge in Seitenansicht ohne Einzeich­ nung der Rovings,

Fig. 4 eine Einrichtung wie in Fig. 3 in Draufsicht ohne Einzeichnung der Rovings.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 beschrieben. An einer senkrechten Wand eines Maschinengestells 1 ist eine waagerechte Lagerachse 2 fest angeordnet, auf der eine mit einer Nabenhülse 3 ausgestattete Rovingrolle 4 drehbar gelagert ist. Dieser ist eine über die Naben­ hülse 3 wirkende, über einen an dem Maschinengestell 1 angeordneten Festpunkt 5 gelagerten Bremshebel 6 zu betätigende Bremse 7 zugeordnet, deren Bremsorgan eine die Nabenhülse 3 teilweise umfassende Bremsbacke 7a ist. Das freie Ende des Bremshebels 6 ist durch ein Zwischen­ glied 8 mit dem Lastarm eines zweiarmigen Spannhebels 9 verbunden. Dieser ist um eine parallel zu der die Rovingrolle 4 tragenden Lagerachse 2 an der senkrechten Wand des Maschinengestells 1 angeordnete Schwingachse 10 in Abzugrichtung des Rovings 11 gegen die Wirkung einer an seinem Kraftarmende angreifenden Spannfeder 12 pendelnd gelagert. Die Position des Festpunktes 13 der Spannfeder 12 ist in Abzugrichtung des Rovings mittels einer Verstellvorrichtung 14 veränderbar.

Am Kraftarmende des Spannhebels 9 sind zwei Spannrollen 15, 15a auf einer parallel zur Schwingachse 10 liegen­ den Achse 16 nebeneinander gelagert.

In Abzugrichtung des Rovings 11 ist in einer Entfernung vom Spannhebel 9 ein Ausgleichselement vorgesehen, welches zwei Umlenkrollen 17, 17a enthält, die an einem Rollenträger 18 auf einer quer zur Abzugrichtung ange­ ordneten Rollenachse 19 gelagert sind. Der Rollenträger 18 ist an einer in Abzugrichtung des Rovings 11 ver­ laufenden Führungseinrichtung 20 gegen die Wirkung einer Ausgleichsfeder 21 gegen die Abzugrichtung beweg­ lich angeordnet.

Zur Führung des Rovings 11 ist zwischen der Rovingrolle 4 und den Umlenkrollen 17, 17a eine Führungseinrichtung 22 vorgesehen. Diese besteht aus zwei in Laufrichtung des Rovings 11 hintereinander angeordneten Rollenpaaren. Die Achsen des einen Rollenpaares liegen parallel zueinander waagerecht und die Achsen des anderen Rollenpaares stehen parallel zueinander senkrecht. Eine gleiche Füh­ rungseinrichtung 23 ist hinter der Verstellvorrichtung 14 am Ausgang des Rovings 11 aus dem Maschinengestell 1 vorgesehen.

Das den Bremshebel 6 mit dem Spannhebel 9 verbindende Zwischenglied 8 besteht aus einem Seilzug, der über eine am Maschinengestell 1 gelagerte Umlenkrolle 24 vom Spannhebel 9 zum Bremshebel 6 geführt ist.

Die Verstellvorrichtung 14 zum Einstellen der auf den Spannhebel 9 wirkenden Spannfeder 12 enthält als Ver­ stellorgan eine Gewindespindel 25, die durch ein Hand­ rad 26 zu betätigen ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgendermaßen:

Der Roving 11 wird durch eine der Rovingrolle 4 nach­ geordnete Führungseinrichtung 22 nacheinander über eine der beiden Umlenkrollen 17, zurück über die eine der beiden Spannrollen 15, von dort über die andere Umlenk­ rolle 17a, wieder zurück über die andere Spannrolle 15a und von dort durch eine am Ausgang angeordnete Führungs­ einrichtung 23 aus der Einrichtung zum Regulieren der Roving-Zugspannung heraus zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Harzbad geführt.

Durch die Bremse 7 wird eine bestimmte Zugspannung auf dem Roving 11 erzeugt, zu der sich noch Widerstände auf dem Weg der Rovings 11 - beginnend an der ersten Füh­ rungseinrichtung 22 bis hin zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Harzabstreifer am Ende des Harz­ bades - addieren. Alle auf die Rovingspannung wirkenden Wider­ stände - einschließlich der Wirkung der Bremse - blei­ ben während eines Wickelvorganges nicht konstant. Wenn sich die eingestellte Zugspannung erhöht, bewegt sich der Kraftarm des Spannhebels 9 mit den Spannrollen 15, 15a gegen die Wirkung der Spannfeder 12 in Zugrichtung des Rovings 11. Der Lastarm des Spannhebels 9 bewegt sich in Richtung zur Rovingrolle hin und lockert über den Seilzug (Zwischenglied 8) und den Bremshebel 6 die Bremse 7.

Gleichzeitig bewegt sich der Rollenträger 18 in der Aus­ gleichseinrichtung mit den Umlenkrollen 17, 17a gegen die Wirkung der Ausgleichsfeder 21 in Richtung der Spannrol­ len 15, 15a. Dadurch verringert sich die Rovinglänge zwischen der Rovingrolle 4 und der Führungseinrichtung 23 am Ausgang der Reguliereinrichtung, was sich wiederum ausgleichend auf die Roving-Zugspannung auswirkt.

Die spannungsregulierende Wirkung der Einrichtung wird dadurch besonders sensibel, daß am Spannhebel 9 und am Rollenträger 18 in der Ausgleichseinrichtung jeweils in gleicher Anzahl mehr als eine Spannrolle 15 bzw. Umlenk­ rolle 17 angeordnet sind.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, können in dem Maschinengestell auch mehrere Rovingzüge angeordnet sein. Dabei können sowohl alle Rovingzüge in der Führungsein­ richtung 23 am Ausgang der Einrichtung zusammengefaßt als auch getrennt voneinander zum Harzbad weitergeleitet wer­ den.

Die Bremse 7 kann anstatt einer an der Nabenhülse 3 der Rovingrolle 4 anliegenden Bremsbacke 7a als Bremsorgan mit einem die Nabenhülse 3 teilweise umgreifenden Brems­ band ausgebildet sein. Das ist zwar konstruktiv etwas aufwendiger. Dafür ist aber mit geringerer von der Roving­ spannung ausgehender Kraft eine größere Bremswirkung erzielbar.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Regulieren der Roving-(Faserstrang-) Zugspannung an einer Anlage zum Herstellen von Gegenständen aus faserarmiertem Kunststoff, wobei ein oder getrennt voneinander mehrere jeweils von einer an einem senkrechten Bauteil eines Maschinen­ gestells um eine fest angeordnete waagerechte Achse drehbar gelagerten Rovingrolle abgezogene Rovings gleichzeitig durch flüssigen Kunststoff gezogen und unter Zugspannung in eine formgebende Vorrichtung eingezogen werden und der Kunststoff bei vollendeter Formgebung weitgehend ausgehärtet ist, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß auf jeder eine Rovingrolle (4) tragenden Lagerachse (2) eine unter der Wirkung einer Bremse (7) stehende Nabenhülse (3) drehbar gelagert ist, auf der die Rovingrolle (4) verdrehsicher be­ festigt ist;
• b) daß die Bremse (7) durch ein Zwischenglied (8) mit dem Lastarm eines zweiarmigen Spannhebels (9) verbunden ist, der um eine parallel zu der die Rovingrolle (4) tragenden Lagerachse (2) an dem Maschinengestell (1) angeordnete Schwingachse (10) in Abzugrichtung des Rovings (11) gegen die Wirkung einer an seinem Kraftarmende angreifenden Spannfeder (12) pendelnd gelagert ist und an dessen Kraftarmende wenigstens eine den Roving (11) führende Spannrolle (15) auf einer parallel zur Schwingachse (10) stehenden Lagerachse (16) gelagert ist;
• c) daß die Position des Festpunktes (13) der Spann­ feder (12) in Abzugrichtung des Rovings (11) mittels einer Verstellvorrichtung (14) beweglich ist;
• d) daß in Abzugrichtung des Rovings (11) in einer Ent­ fernung vom Spannhebel (9) ein Ausgleichselement vorgesehen ist, welches aus wenigstens einer Umlenk­ rolle (17) besteht, die an einem Rollenträger (18) gelagert ist, wobei dieser an einer in Abzugrich­ tung des Rovings (11) verlaufenden Führungsein­ richtung (20) gegen die Wirkung einer Ausgleichs­ feder (21) gegen die Abzugrichtung beweglich ange­ ordnet ist und
• e) daß eine der Rovingrolle (4) nachgeordnete Führungs­ einrichtung (22) sowie eine weitere Führungsein­ richtung (23) am Ausgang des Maschinengestells (1) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Spannhebel (9) zwei gleichachsig nebeneinander gelagerte Spannrollen (15, 15a) und am Rollenträger (18) des Ausgleichselements zwei gleichachsig nebenein­ anderliegende Umlenkrollen (17, 17a) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Bremse (7) mit dem Spannhebel (9) ver­ bindende Zwischenglied (8) aus einem Seilzug besteht, der über eine am Maschinengestell (1) gelagerte Umlenkrolle (24) vom Spannhebel (8) zur Bremse (7) geführt ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Verstellvorrichtung (14) zum Einstellen der auf den Spannhebel (9) wirkenden Spannfeder (12) eine durch ein Handrad (26) betätigbare, in Spannrichtung gela­ gerte Gewindespindel (25) enthält.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittelbar auf die Rovingrolle (4) wirkende Bremse (7) mit einer über einen Bremshebel (6) zu betätigende, die Nabenhülse (3) der Rovingrolle (4) teilweise umgreifenden Bremsbacke (7a) als Bremsorgan ausgestattet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (7) mit einem die Nabenhülse (3) weit­ gehend umspannenden Bremsband als Bremsorgan ausge­ stattet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Roving (11) führenden Führungseinrichtun­ gen (22, 23) jeweils aus zwei Rollenpaaren bestehen, wobei jeweils das eine Rollenpaar einer Führungsein­ richtung (22 bzw. 23) mit senkrecht stehenden Achsen vor bzw. hinter dem anderen Rollenpaar mit waagerecht liegenden Achsen angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rollen der Führungseinrichtungen (22, 23) fliegend gelagert sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der den Rollenträger (18) führenden Führungs­ einrichtung (20) eine an der der Ausgleichsfeder (21) gegenüberliegenden Seite des Rollenträgers (18) an­ greifende Rückholfeder angeordnet ist.