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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwickeln eines Verbundbandes
auf der Basis von Glas und Kunststoff um einen Körper mittels eines Abgabe-
und Ablegesystems, das mindestens eine sich drehende Führungsrolle
umfasst, wobei das Verfahren darin besteht, dass das Abgabe- und
Ablegesystem für
das Band Translations- und/oder Drehbewegungen ausführt.
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Ein
solches Verfahren erlaubt insbesondere, hohle Verbundkörper wie
Rohre oder Behälter
herzustellen, die vorgesehen sind, unter Druck stehende Fluide zu
befördern
bzw. zu enthalten, wobei es das Verbundmaterial ermöglicht,
diese Vorrichtungen leicht zu machen und entsprechend den geltenden Normen
Langzeitbeständigkeit
gegen Zerbersten gewährleistet
wird.
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In
der Patentanmeldung WO 00/24566 ist beispielsweise ein Verfahren
zur Herstellung solcher Vorrichtungen, insbesondere eines rotationssymmetrischen
Hohlkörpers,
dessen Wand auf der Basis eines thermoplastischen organischen Materials
A ist, in welches um die Achse des Körpers schraubenförmig gewickelt
endlose Glasfäden
eingebettet sind, beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden in
einer Produktionslinie folgende Stufen durchgeführt:
- a)
schraubenförmiges
Aufwickeln eines erwärmten
Bandes um ein sich drehendes Rohr, wovon wenigstens die Außenseite
der Wand auf der Basis des thermoplastischen Materials A ist und
das Band aus demselben thermoplastischen Material A und aus in dieses
Material eingebetteten endlosen Glasfilamenten besteht,
- b) Erwärmen
eines Teils der umfänglichen
Außenfläche des
mit dem Band beschichteten Rohres in einer Bereich, die sich unmittelbar
nach der Zone des Kontakts des Bandes mit dem Rohr befindet, auf
eine Temperatur von über
der Schmelztemperatur des Materials A und
- c) Ausüben
eines lokalen Drucks auf den Teil der umfänglichen Außenfläche des mit dem Band beschichteten
Rohres in einem Bereich, der sich unmittelbar nach dem Erwärmungsbereich
von Stufe c) befindet.
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Das
Aufwickeln des Bandes wird mittels eines Abgabe- und Ablegesystems
bzw. -kopfes durchgeführt,
das (der) in Bezug auf die Ablegefläche des Hohlkörpers hin
und her und drehbeweglich ist, wobei der dem Kopf mitgeteilte Neigungswinkel
an den für
das schraubenförmige
Aufwickeln des Bandes gewünschten
Winkel angepasst ist.
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Der
Abgabe- und Ablegekopf umfasst sich drehende hyperboloide Führungsrollen,
die zueinander parallel sind und deren Längsachse im Wesentlichen quer
zur Durchlauf- und Zuführungsrichtung des
Bandes steht, die ihrerseits parallel zur Schwenkachse des Kopfes
verläuft.
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Das
Band wird zwischen den zwei Führungsrollen
sandwichartig aufgenommen. Sie bilden eine Zieheinrichtung, die
das Band auf Dicke kalibriert. Diese Führungsrollen werden beheizt,
um das thermoplastische Material des Bandes auf der entsprechenden
Temperatur (20 bis 50°C über der
Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials) zu halten.
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Weiterhin
drehen sich diese Führungsrollen durch
die Vorwärtsbewegung
des Bandes kontinuierlich. Dabei kommt es vor, dass in diesem Verfahren Fibrillen
aus Verbundmaterial, die von dem Band abstehen, auf den Führungsrollen
festkleben und sich zusammenballen. Selbstverständlich ist es für die ordnungsgemäße Fortbewegung
des Bandes und das Beibehalten seines Aussehens erforderlich, die auf
den Führungsrollen
abgelagerte Verbundmaterialansammlung zu entfernen, was manuell
geschieht, indem ihre Oberfläche
während
des Aufwickelns mit einem Rakel abgestreift wird.
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Dieser
Arbeitsgang, der sich in dem Verfahren als zwingend herausgestellt
hat, erfordert jedoch das Vorhandensein einer Bedienkraft. Weiterhin
ist die rein manuelle Tätigkeit,
die von der Bedienkraft an diesen beheizten Rollensystemen ausgeführt wird,
nicht sicher. So könnte
man sich eine automatisierte mechanische Vorrichtung vorstellen,
die diesen Eingriff mit einem zuvor festgelegten Takt durchführt. Jedoch
wäre eine
solche Vorrichtung kompliziert, sie bräuchte viel Platz und ihr Betrieb
wäre nicht völlig effizient.
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Deshalb
liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, diese Nachteile bei der
Durchführung
eines solchen Verfahrens zu beheben.
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Erfindungsgemäß ist das
Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der sich drehenden
Führungsrolle
angehalten wird, wenn das Abgabe- und Ablegesystem kontinuierlich
eine Translationsbewegung ausführt,
während
ihre Rotation bei dem Richtungs- und/oder Schwenkwechsel des Abgabe-
und Ablegesystems freigegeben wird.
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Die
Rotation der Führungsrolle
ist notwendig, um Form und Integrität des Bandes während des Schwenkens
des Abgabe- und Ablegesystems zu erhalten, anderenfalls würde sich
das Band an dem seitlichen Ende der Führungsrolle, wo die höchste Wickelspannung
ausgeübt
wird, verdicken. Wenn sich während
der Rotation der Führungsrolle
eine anfängliche
Wicklung aus Fibrillen gebildet hat, so zerbricht diese durch Abrieb
beim Blockieren der Führungsrolle
und wird von dem Band weiterbefördert, wobei
die so mitgerissene Materialmenge sehr klein und auf dem hergestellten
Hohlkörper
nicht wahrnehmbar ist.
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Gemäß einer
ersten Abwandlung wird die Führungsrolle
durch einen Bremsvorgang mittels Reibung angehalten.
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Gemäß einer
zweiten Abwandlung wird die Führungsrolle
bei einer Unterbrechung durch gegenseitiges Zusammenwirken eines
vorstehenden und eines vertieften Ele mentes, wobei eines der Elemente
ein Bestandteil der sich drehenden Führungsrolle ist, angehalten.
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In
diesen zwei Abwandlungen kann die Führungsrolle durch eine sofortige
Unterbrechung angehalten werden.
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Entsprechend
einem Merkmal wird das Anhalten der Führungsrolle von pneumatischen
Mittel gesteuert, die von numerischen Regelungsmitteln geregelt
werden.
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Entsprechend
einem weiteren Merkmal wird das Band nach dem Abgabesystem auf einer
Temperatur gehalten, die mindestens gleich der Schmelztemperatur
des Kunststoffs des Bandes ist.
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Vorzugsweise
umfasst das Verbundband eine Vielzahl von innig miteinander vermischten
Fäden aus
Glas und aus einem thermoplastischen Material.
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Die
Erfindung betrifft auch die Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Die
Vorrichtung umfasst insbesondere ein Abgabe- und Ablegesystem, das
mindestens eine sich drehende Führungsrolle
und Unterbrechungsmittel, die in der Lage sind, die sich drehende
Führungsrolle
anzuhalten, umfasst.
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Gemäß einer
ersten Abwandlung bestehen die Unterbrechungsmittel aus Elementen
vom Typ vorstehend/vertieft für
das gegenseitige Zusammenwirken mit der Führungsrolle, wobei die Führungsrolle
eines vom vorstehenden oder vertieften Element enthält.
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Gemäß einer
zweiten Abwandlung bestehen die Unterbrechungsmittel aus Reibungsmitteln,
die mit der Führungsrolle
zusammenwirken.
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Die
Reibungsmittel bestehen vorteilhafterweise aus mindestens einem
Element, das eine Fläche
aufweist, die vorgesehen ist, auf einer Fläche der sich drehenden Führungsrolle
zur Auflage zu kommen.
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Entsprechend
einem Merkmal umfasst die Führungsrolle
Seitenscheiben, die mit der Breite des Bandes voneinander beabstandet
sind. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine weitere Führungsrolle,
die im Wesentlichen über
der ersten Führungsrolle angeordnet
ist, aber deren Rotation blockiert ist, und welche ebenfalls mit
zwei Seitenscheiben versehen ist, wobei das Band vorgesehen ist,
zwischen den beiden Führungsrollen
durchgezogen zu werden, die so ein System zur Formung des Bandes
auf die gewünschten
Abmessungen (Breite und Dicke) bilden.
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Vorzugsweise
wirken die Unterbrechungsmittel mit mindestens einer der Seitenscheiben
zusammen.
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Entsprechend
einem anderen Merkmal wird die sich drehende Führungsrolle beheizt.
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Schließlich werden
die Unterbrechungsmittel vorteilhafterweise von pneumatischen Mitteln
ausgelöst,
die von numerischen Regelungsmitteln geregelt werden.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
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1 eine
allgemeine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die zum Aufwickeln
eines Verbundbandes um einen Hohlkörper verwendet wird, und
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2 eine
Einzelheit von 1, die das Aufwickeln des Bandes
betrifft, zeigt und die
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3 und 4 Profilansichten
des Systems zur Abgabe des Bandes zum Aufwickeln in einer Rotations-
bzw. einer Halteposition der sich drehenden Führungsrolle des Systems und
die
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5 bis 7 Ausführungsformen
der Mittel zum Anhalten der sich drehenden Führungsrolle des Systems für die Abgabe
des Bandes zeigen.
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1 zeigt
eine allgemeine schematische Ansicht der Vorrichtung 1,
die zum Aufwickeln eines Verbundbandes 2 um einen Hohlkörper 3,
beispielsweise ein extrudiertes Kunststoffrohr, verwendet wird.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 10, in welchem
sich ein Motor und das System zur Synchronisierung der verschiedenen
zu regelnden Bewegungen befinden, die nicht dargestellt sind.
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Vom
Gehäuse
geht eine Aufnahmehülse 11 ab,
die in Umdrehung versetzt werden kann und deren Querschnitt durch
Aufblasen derart vergrößert wird,
dass das Rohr 3 mit einem Spannspiel auf ihr aufgezogen
wird. Von diesem Gehäuse 10 geht ebenfalls
eine Welle 12 ab, durch deren Umdrehung die hin- und hergehende
Bewegung einer Schlitteneinheit 13 parallel zu der Aufnahmehülse 11 sichergestellt
wird.
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Diese
Schlitteneinheit 13 trägt
ein System 4 bzw. einen Kopf für das Abgeben und Ablegen des Bandes 2.
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Diese
Schlitteneinheit kann weiterhin eine Druckrolle 14 und
ein Heizelement 15 (2) tragen. Die
Regelung der Höhe
der Druckrolle und des durch den Pfeil P dargestellten Kontaktdrucks
werden von einem nicht dargestellten Pneumatikzylinder sichergestellt.
Das Heizelement wie ein gasbetriebener Heizstrahler ist an dem Rohr
mit einem Abstand von einigen Zentimetern angeordnet.
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Die
Betätigung
von Druckrolle 14 und Heizelement 15 wird nacheinander
nach dem Anbringen des Bandes oder auch nach Beendigung des Aufwickelns
derart durchgeführt,
dass die umfängliche
Außenfläche des
Rohres lokal erwärmt
und auf diese Außenfläche ein
Druck ausgeübt
wird, um das Band 2 mit dem Rohr 3 vollständig fest
miteinander zu verbinden.
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Das
Verbundband
2 besteht aus Fäden aus Glas und aus einem
Thermoplast. Dabei handelt es sich beispielsweise um Glas-Polypropylen-Hybridrovings,
die unter dem Warenzeichen Twintex
® von
der Gesellschaft Saint-Gobain Vetrotex vertrieben werden. Ein solches
Band wird beispielsweise ausgehend von Spulen von Hybrid-Rovings vom Typ Twintex
® gemäß dem Verfahren
hergestellt, das in der Patentanmeldung WO 00/24566 oder in der
Patentanmeldung
EP 1 093 900 beschrieben
ist, deren diesen Gegenstand erläuternde
Teile hiermit als Bezugnahme aufgenommen werden.
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Auch
wird das Band entweder vor der Aufwickelvorrichtung und kontinuierlich
hergestellt, um direkt zu dem Abgabe-Ablege-System
20,
wie in
1 schematisch dargestellt und in der Patentanmeldung WO
00/24566 beschrieben, gebracht zu werden, oder von einem Träger abgewickelt,
der eine Bandspule umfasst, wie sie gemäß der Patenanmeldung
EP 1 093 900 erhalten wird,
und anschließend
dem System
20 zur Abgabe und Ablage zugeführt.
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Entsprechend 1 werden
die Glas-Thermoplast-Hybridrovings 20, die von sich abwickelnden Spulen
kommen, die schematisch durch den Block 21 veranschaulicht
sind, zunächst
zur Form einer Bahn aus zueinander parallelen Fäden vereinigt. Diese Bahn läuft durch
eine Spanneinrichtung 16, welche sie unter eine mechanische
Spannung setzt, anschließend
durch einen beheizten Raum und ein Ziehsystem wie den schematisch
dargestellten Block 17, um die Imprägnierung der Glasfilamente
mit dem thermoplastischen Material zu verbessern. Der beheizte Raum
wird beispielsweise von einer oder zwei Wärmequellen vom Typ Infrarotlampen
gebildet. Nach diesem Block 17 ist die Bahn zu einem Band umgewandelt,
das dann durch den Abgabe- und Ablegekopf hindurchläuft.
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Dazu
ist festzustellen, dass, wenn das Band in diesem Aufwickelverfahren
kontinuierlich hergestellt wird, es durch eine oder mehrere Wärmequellen des
beheizten Raums durchläuft,
die vorteilhafterweise so gestaltet sind, dass sie sich mit einem
Drehwinkel drehen, der gleich dem Neigungswinkel des Abgabe- und
Ablegekopfes 4 in Bezug auf die Durchlaufachse des Bandes
bis zu diesem Kopf ist. Diese Drehung der Wärmequellen erlaubt es, der
Neigung des Bandes derart zu folgen, dass an den Außenrändern des
Bandes während
der Umdrehung dieses Kopfes keine Spannung erzeugt wird und eine
einheitliche Erwärmung
des Bandes erhalten wird.
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Der
Abgabe- und Ablegekopf 4 für das Band 2, der
in den 3 und 4 gezeigt ist, umfasst eine
hintere Führungsrolle 40 und
eine vordere Führungsrolle 41,
die im Wesentlichen übereinander
angeordnet sind, wobei die vordere Führungsrolle diejenige ist,
auf welcher das Band ruht und welche dem Rohr am nächsten ist.
Sie werden beheizt. Die Rotation der hinteren Führungsrolle ist blockiert,
während die
vordere Führungsrolle
sich drehen kann.
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Diese
Führungsrollen
werden an ihren Enden von Wangen 42 getragen, die fest
mit dem Körper
des Abgabekopfes verbunden sind. Die vordere Führungsrolle ist in der Lage,
sich durch den Zug und die Vorwärtsbewegung
des Bandes, das über
sie läuft
und zwischen den zwei Führungsrollen
sandwichartig aufgenommen ist, zu drehen.
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Sie
werden mittels eines nicht dargestellten elektrischen Heizwiderstandes
beheizt, der in dem Hohlkörper
der Führungsrollen
angeordnet ist. Die Heiz- und Regelungstemperatur erlaubt es, die
Temperatur des Bandes nach dem Abgabekopf auf mehr als etwa 20 bis
50°C über der
Schmelztemperatur des den Twintex® bildenden
Thermoplast zu halten.
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Die
Führungsrollen 40 und 41 sind
vorteilhafterweise zylindrisch und umfassen vorzugsweise Seitenscheiben 43,
die in 5 dargestellt sind. Diese Seitenscheiben haben
eine Entfernung voneinander, die der Breite des Bandes entspricht.
So wird das Band auf seinen Abmessungen gehalten, insbesondere wenn
es versucht, während
einer Umdrehung des Kopfes an einen Rand der Führungsrolle und somit an eine
Seitenscheibe zu rutschen.
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Die
Seitenscheiben 43 stehen deshalb parallel zu den Wangen 42,
ohne jedoch daran anzustoßen, weshalb ein kleines Spiel 44 bleibt,
um die Umdrehung mindestens der Führungsrolle 41 sicherzustellen.
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Das
Wickeln des Bandes um das Rohr wird durch die entsprechende Neigung
des Kopfes und durch dessen Bewegung mit einer Vielzahl von Hin- und
Zurückwegen
parallel zur Längsachse
des Rohres erhalten. Am Ende des Weges, das heißt am Ende des Rohres, wenn
ein Richtungswechsel erforderlich ist, ist es ebenfalls notwendig,
eine Drehung oder Schwenkung des Kopfes 20 mit dem richtigen Winkel
auszuführen,
um das gewünschte
schraubenförmige
Aufwickeln sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß ist es
der Zeitpunkt des Richtungswechsels (Translations- und/oder Rotationsrichtung)
der Bewegung des Abgabe- und Ablegekopfes, zu welchem die Umdrehung
der vorderen Führungsrolle 41 freigegeben
wird. Es sind geeignete Unterbrechungsmittel 5 vorgesehen,
mit der Führungsrolle
zusammenzuwirken. Sie werden von von einer numerischen Regelung
geregelten pneumatischen Mitteln ausgelöst, um die Umdrehung der Führungsrolle
zu blockieren, oder deaktiviert, um die sich drehende Führungsrolle
freizugeben. Nachdem die Richtungsänderung der Bewegung vollzogen
ist, das heißt
sich der Kopf erneut in der gewünschten
ordnungsgemäßen Translationsrichtung
und mit dem gewünschten
richtigen Neigungswinkel befindet, wird die Blockierung der Umdrehung
der Führungsrolle durchgeführt, indem
die Unterbrechungsmittel ausgelöst
werden.
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In
den 3 und 4 ist ein Beispiel für die Haltemittel 5 veranschaulicht,
die auch schematisch in 5 dargestellt sind. Dabei handelt
es sich um mechanische Mittel vom Typ vorstehende-vertiefte Elemente,
die wechselseitig mit der Führungsrolle zusammenwirken
und diese sofort anhalten.
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So
ist mindestens eine Bremse 50 konstruiert, die in Richtung
der Pfeile in den 3 und 4 zu betätigen ist
und einen Vorsprung 50a umfasst, der mit einer Aussparung 41a zusammenwirkt,
die in der Umfangsfläche
der Seitenscheibe 43 der Führungsrolle vorgesehen ist.
Wenn die Führungsrolle keine
Seitenscheibe enthält,
ist diese Aussparung auf der Oberfläche des Längskörpers der Führungsrolle vorgesehen.
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In
einer Abwandlung kann der Vorsprung der Bremse 50 durch
eine Wange 42 des Kopfes hindurchgehen und betätigt werden,
um mit einer Aussparung zusammenzuwirken, die sich auf der Seite einer
Seitenscheibe 42 der Führungsrolle
gegenüber der
Wange befindet.
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Selbstverständlich kann
vorgesehen werden, dass das vertiefte Element zur Bremse 50 gehört, während die
Führungsrolle
in einem ihrer Teile mit dem vorstehenden Element versehen ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Unterbrechungsmittel 5 beispielsweise Reibungsmittel,
welche die Führungsrolle
abbremsen und anhalten. Je nach dem von diesen Reibungsmitteln ausgeübten Druck
kann das Anhalten sofort geschehen.
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In 6 ist
mindestens ein Bremsschuh 51 gezeigt, der auf der Oberfläche der
Führungsrolle 41, hier
insbesondere auf der Umfangsfläche
einer der Seitenscheiben 43, zur Auflage kommen kann, um die
Umdrehung anzuhalten.
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In
der Abwandlung von 7 bestehen die Reibungsmittel
aus einem Finger 52, der mit einem Absatz 52a versehen
und vorgesehen ist, in den Zwischenraum eingeführt zu werden, der von dem
Spiel 44 zwischen einer Wange 42 des Kopfes und
der benachbarten Seitenscheibe 43 der Führungsrolle 41 gebildet
wird, wobei der Absatz auf der Umfangsfläche der Seitenscheibe 43 zur
Auflage kommt, um das Anhalten der Umdrehung sicherzustellen.
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Anschließend wird
das Verfahren zum Aufwickeln des Bandes beschrieben.
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Der
Hohlkörper
wird auf die Aufnahmehülse 11 aufgezogen,
die in Umdrehung versetzt wird.
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Das
Verbundband 2 wird in das Abgabe- und Ablegesystem 4 eingeführt, läuft zwischen
den zwei Führungsrollen 40 und 41 durch
und wird bis zu dem Hohlkörper
gezogen, um mit diesem in Berührung gebracht
zu werden.
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Wenn
sich die Aufnahmehülse
dreht, wird das mit dem Hohlkörper
in Berührung
befindliche Band durch Zug vorwärtsbewegt.
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Indem
das Band über
die Länge
des Körpers aufgewickelt
wird, wird das System 4 mit einer zu dem Körper parallelen
Translation in Bewegung gesetzt und die Rotation der Führungsrolle 41 blockiert.
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Wenn
das System 4 an einem Ende des Körpers ankommt, wird es gesteuert,
um seine Translationsbewegung in umgekehrter Richtung auszuführen, und
gegebenenfalls wird es mit dem Winkel geschwenkt, der erwünscht ist,
um das Band mit dem entsprechenden und in Bezug auf die Achse des
Körpers
gewünschten
Winkel aufzuwickeln. Zu diesem Zeitpunkt des Richtungswechsels der
Bewegungen werden die Unterbrechungsmittel 5 freigegeben,
indem sie deaktiviert werden, um die Umdrehung der Führungsrolle 41 sicherzustellen.
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Nach
Wiederaufnahme der Translationsbewegung in der gewünschten
Richtung und erfolgter Schwenkung des Systems 4 wird die
Rotation der Führungsrolle 41 erneut
blockiert, indem die Unterbrechungsmittel 5 aktiviert werden.
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Die
Vorgänge
Blockieren und Freigeben der Führungsrolle
werden bei jedem Richtungswechsel des Systems 4 bis zum
Ende des Aufwickelvorgangs wiederholt, zu welchem Zeitpunkt das
Band zerschnitten wird.
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Durch
die Verwendung der Druckrolle 14 und des Heizelements 15 wird
eine vollständige
feste Verbindung des Bandes mit dem Hohlkörper, die eine Verringerung
des Anteils an Hohlräumen
erlaubt, realisiert.
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Nach
Abkühlung
des mit dem Band beschichteten Hohlkörpers wird er von der Aufnahmehülse abgezogen.