EP0000755A1 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus verstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0000755A1
EP0000755A1 EP7878100545A EP78100545A EP0000755A1 EP 0000755 A1 EP0000755 A1 EP 0000755A1 EP 7878100545 A EP7878100545 A EP 7878100545A EP 78100545 A EP78100545 A EP 78100545A EP 0000755 A1 EP0000755 A1 EP 0000755A1
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plastic
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container
coating liquid
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    • B29L2031/246—T-joints

Definitions

  • the fibers impregnated with the hardenable plastic are e.g. in the case of fiber strands (rovings) wound on a mold core, in the case of staple fibers, sprayed on a mold wall, in the case of fabric structures placed on the mold wall and then compressed by rolling on or freed of any air bubbles.
  • the compression or freedom from air bubbles that can be achieved is limited and uncontrollable, so that a constant quality cannot be achieved.
  • the fibers are first brought into the desired shape, for example wound on a mandrel, and then soaked with the plastic.
  • desired shape for example wound on a mandrel
  • plastic To achieve a particularly good compression or. Freedom from air bubbles has become known for inserting such a fiber wrap sitting on a male part (mold core) into a female mold (mold), first evacuating it, then filling it with the plastic, which - possibly even under pressure - into the mold to press and harden.
  • air-bubble-free and highly compressed moldings are largely achieved, the amount of mold required is considerable: not only does everyone have to Form vacuum- and pressure-tight, as well as with supply and discharge lines, but it is also occupied by the curing time of the plastic considerable time. As a rule, a large number of expensive molds must be purchased for industrial production.
  • the present invention has therefore set itself the goal of providing a method and a device with the aid of which molded articles made of e.g. fiber-reinforced plastics can be manufactured relatively cheaply and still reproducibly in the highest quality.
  • This is achieved according to the invention in that the reinforcing material formed into a body is covered before or after its impregnation with the plastic, at least on the outside, by an in situ liquid which forms the matrix or patrix, which possibly solidifies and again after the plastic has cured or cured Will get removed.
  • the mold is formed from a material that can be used again and again and can - if necessary - be converted into the solid state, so that it withstands the vacuum and / or pressure to be used.
  • the liquid inevitably and automatically attaches itself to any form of reinforcement, no matter how complicated, and envelops it completely and seamlessly. Therefore, the otherwise necessary maintenance of the very expensive, tolerance-dependent, divided impregnation molds (matrices / patrices) of a traditional type is also omitted.
  • the finished moldings can be removed from the mold without damage as soon as they are gelled to retain their shape.
  • the close conformity of the preferably pressurized liquid molded casing, or the solid molded casing under shrinkage stress allows a high proportion of the reinforcing materials to be accommodated in the molded body and loaded with an arbitrarily high vacuum and / or pressure and in this way to ensure complete impregnation with which the highest strength values can be achieved.
  • MTC matter conversion pressure / vacuum inje K ti-plastic bonding method
  • the bodies of any kind prepared from the reinforcing material are coated undivided with a self-forming, temperature-tight and tight mold shell which is tightly and pressure-tightly attached to each shape in a solid or liquid state of aggregation, which - if it was solid - after Gelling or hardening of the shaped body can be removed again, for example by melting, dissolving or cutting open.
  • the material of the molded cover can be used again and again.
  • Low-melting alloys the melting point of which is below the temperature resistance of the hardened plastic, are preferably used as the liquid for the production of the coating described.
  • Such an alloy pillars are mostly eutectic mixtures of volatility, lead, tin, cadmium and antimony; they can be adjusted precisely to a certain desired melting point.
  • bismuth-tin-lead-cadmium-indium alloys there are those with a melting point of 47 ° C.
  • Special bismuth-lead-cadmium alloys for example, have a melting point of 92 ° C, bismuth-tin-zinc alloys have a melting point of 130 ° C.
  • the melting point of tin-lead-cadmium alloys is 145 ° C; a melting point of 221 ° C can be achieved with tin-silver alloys, with cadmium-antimony alloys that of 292 ° C.
  • spacers, inserts, support structures or the like can be used (for example when pouring liquid coating material over it or when immersing it in the same).
  • fiber strands, staple fibers, fabrics, wires, flakes, w hiskers and the like can be used in a manner known per se. made of plastic, glass, textile, carbon, asbestos or metal (e.g. steel, beryllium etc.). This material is applied in a manner adapted to the respective shape on a base body which is also known per se, for example by winding, spraying, electrostatic fixing or the like.
  • the base body can remain as a male part in the finished molded body, i.e. form a kind of lost formwork and made of - possibly 'reinforced - plastic, a suitable liner or the like. consist.
  • the base body can also be removed before or after the impregnation. This can be desirable if a fiber roll is designed so that it has sufficient strength for handling during the impregnation or wrapping even without the supporting base body. In this case, it can be wound on a mandrel and immediately pulled off it. As a result, only a small number of cores is required, even with complicated mold cores.
  • the strength of the fiber roll alone is too low, the impregnation or covering will take place on a base body which, if it is not desired in the finished molded body, is only removed after the method according to the invention has been carried out.
  • the basic body made of thin-walled plaster or glass, made of a material such as a low-melting metal alloy, wax or the like, made of evaporable foam, or possibly made of the same material as the coating liquid, which is allowed to solidify in the course of the process.
  • the last method in particular has proven to be advantageous because the mold core is integrated into the outer mold (formed by the solidified coating liquid) and all problems that cause different expansion coefficients with different layer materials are avoided.
  • the body made of reinforcing material is impregnated with the plastic after it has been coated with the liquid and, if necessary, solidified through recessed inlet and outlet openings.
  • the body made of the reinforcing material is large-pored, it is expedient to have it on the surface before the covering with the material forming the outer shape, with the exception of inlet and outlet openings, e.g. to be provided with a pore-sealing coating by powder coating, which reliably prevents the encapsulation material from penetrating.
  • the procedure (explained with reference to FIGS. 4-6) is carried out by first degassing the containers 7 and 22 together with their contents via a vacuum pump (not shown); the resin 3 is then allowed to flow in via a feed line, which may be common for many bodies 1 'made of reinforcing material, until it is visible in a sight glass (not shown) on the container 7.
  • a feed line which may be common for many bodies 1 'made of reinforcing material, until it is visible in a sight glass (not shown) on the container 7.
  • the bodies 1 'made of reinforcing material are optionally kept under positive pressure until the resin 3 gels.
  • FIG. 1 shows a body 1 made of reinforcing mats cast in by cooling in a metallically solidified phase rial in the form of a fitting which is provided with connecting pieces 2 (funnels) placed on the end face for the supply and discharge of the impregnating resin 3.
  • a solid casting jacket 4 takes up the body 1, which in its interior still has the base body 5, together with its connecting pieces 2 and then the liquid cast coating material, which forms the mold shell 6 after solidification in the casting jacket 4.
  • the base body 5 can consist of solid, liquefiable or gasifiable material.
  • the procedure is demonstrated using an elbow, for example.
  • the body 1 consisting of the reinforcing material is first used together with the base body 5 (core) in two plates 24 and 25. These plates have feed and discharge openings 26 and 26 'which lead through the plates 24, 25 to the two end faces of the body 1 consisting of the reinforcing material.
  • the bodies 1 made of the reinforcement material are inserted into the plates 24 and 25, the plates are inserted into the vessel 22 and this vessel is then closed with a lid 23.
  • the wrapping material 6 is then introduced into the vessel via a valve 14. The air escapes via a line 14 '.
  • the impregnation material 3 is introduced through the cover 23 via a valve 8 and passes through the openings 26 in the plate 24 to the end face of the body 1 made of reinforcing material, passes through it and exits again through openings 26 'in the plate 25 and enters a space 25 'from where it can be withdrawn via a valve 20.
  • this material can be drawn off via the valve 21.
  • the wrapping material was in a solid state of aggregation, the now solid wrapping material 6 together with the plates 24 and 25 and the cast-in, now already soaked bodies made of reinforcement Kungsmaterial 1 removed from the container 22 and the wrapping material 6 melted or otherwise removed (such as by smashing if it is glass-like material), which then the body 1 are free.
  • the base body 5 can also be melted out or removed from the interior of the pipe bend by gasification, depending on the material from which it is made.
  • the receiving plate 24 is shown with two bodies 1 made of reinforcing material used there. However, any number of bodies made of reinforcing material can also be inserted into a receiving plate 24.
  • the method proceeds as follows: The bodies 1 'made of reinforcing material are placed in a vacuum and pressure-tight container 7 on a lower grate 17 and covered with a further grate 19. After sealing the container 7, the negative pressure valve 12 is used to Ent g a-solution of the container contents, in particular the body of reinforcing material is opened. After reaching the defined negative pressure, the valve 12 is closed and the valve 8 is opened, after which the plastic 3 located in the reservoir 9 has been degassed via the valve 10. Bubble-free plastic mass thus pours into the container 7 via the reinforcing body 1 'up to the level of the grate 19 or the plastic drain valve 20.
  • the pressure valve 11 is opened and the impregnating liquid in the container is pressurized , which optimizes the uniform impregnation of the body from the reinforcing material.
  • the valve 11 is closed again and the container 7 is vented, for example via the valve 20.
  • the valve 14 is now opened and liquid metal 16 is let out of the vessel 15 into the container 7, which forces the plastic therein, unless it has already impregnated the body 1 'made of reinforcing material, via the valve 20 to the outside.
  • the grating 19 prevents the soaked body 1 'from floating.
  • the metal 16 will also rise to the height of the grate 19 ge to let.
  • the hardening of the plastic (impregnating material) remaining in the reinforcing bodies begins by the heat stored in the liquid metal 16, and optionally by a jacket heater 13 of the container 7. After the impregnating material has hardened, the liquid metal 16 becomes solid the valve 21 is drained again from the container 7, the container 7 is opened, and the now finished molded articles are removed.
  • a conduit 20 leads from the drum through the hollow axis, which can be closed and via which, after the drum has been turned, the plastic can be pulled off from the position shown in FIG. 6 by 180 ° and fed back to the storage vessel 9.
  • the method according to the invention can be carried out as follows using a device as shown in FIG. 5:
  • the drum 22 Before loading, the drum 22 is brought into a position in which the coating liquid 16 is located below the rack 17 (FIG. 5).
  • the bodies 1 'are then introduced into the interior via an opening in the drum and placed on the grate 17.
  • the interior of the drum 22 is connected to vacuum and the air by opening the line 12 depilated from the interior and from the bodies 1 'made of reinforcing material.
  • the vacuum line 12 is closed and plastic 3 is introduced into the drum 22 from the storage vessel 9 via the opened valve 8 until the bodies 1 'are covered, ie until the level of the plastic supplied is higher than the highest point all the body 1 'deposited on the grate 17.
  • the valve 8 is closed and excess pressure is supplied to the interior of the drum via the line 11.
  • the overpressure line 11 can then be closed, whereupon the drum 22 is turned through 180 ° from the position shown in FIG. 5.
  • the bodies 1 'immediately rise up to rest against the grate 17 (FIG. 6) and the resin (impregnation material) is suddenly displaced by the liquid material 16 in the drum 22, which is of higher density than the plastic.
  • the plastic is discharged via the line 20 and - as already mentioned - returned to the container 9 for the resin 3.
  • the resin-impregnated body 1 ' are entirely surrounded by the high-density material 16 and the plastic in the body 1' can gel or harden, if necessary with the addition of heat, namely with the addition of ultraviolet radiation, or also using microwave energy and the like .
  • the drum 22 is turned back into the position shown in FIG. 5.
  • the material 16, which has a higher density than the plastic, is again located below the support grate 17 and the bodies 1 'which are now completely free can be removed from the grate and removed from the drum 22.
  • a two-function valve 21 is arranged on the drum 22 according to FIGS. 5 and 6. Able according to Fi g . 6 it serves to ventilate the interior of the drum during emptying, but in the position according to FIG. 5 for the removal of the liquid material 16.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus verstärktem Kunststoff und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird ein aus Verstärkungsmaterial (Fasersträngen) bestehender Körper vor oder nach seiner Durchtränkung mit dem Kunststoff von einer Flüssigkeit umhüllt, die in situ die Matrize bzw. Patrize bildet und nach dem Gelieren bzw. Aushärten des Kunststoffes entfernt wird. Die Vorrichtung weist einen mit Leitungen zur Zu- und Abfuhr des Kunststoffes (3) versehenen Behälter (22) für die Körper (1) aus Verstärkungsmaterial auf, der unter Vakuum und/oder Überdruck setzbar ist. Die Körper (1) können mit ihren Stirnflächen in Aussparungen in Platten (24,25) eingesetzt werden, die dort mit Lochungen (26,26') zur Zufuhr von Kunststoff (3) zu den Körpern (1) versehen sind. Die Platten (24, 25) werden dicht in den Behälter (22) eingesetzt. In den Raum zwischen den Platten (24,25) und den Wandungen des Behälters (22), in dem sich die Körper (1) befinden, mündet eine Zufuhrleitung für die Umhüllungsflüssigkeit.

Description

  • Körper aus z.B. härtbarem Kunststoff, wie etwa aus Polyester, Epoxydharz od.dgl., die mit z.B. Fasern oder Gewebestrukturen verstärkt sind, werden entweder nach dem sogenannten Naßverfahren, oder nach dem sogenannten Trockenverfahren hergestellt. Beim Naßverfahren werden die mit dem härtb-aren Kunststoff getränkten Fasern z.B. im Fall von Fasersträngen (Rovings) auf einen Formkern gewickelt, im Fall von Stapelfasern auf eine Formwand gespritzt, im Fall von Gewebestrukturen auf die Formwand gelegt und anschließend durch Anrollen verdichtet, bzw. von allfälligen Luftblasen befreit. Die damit erzielbare Verdichtung bzw. Freiheit von Luftblasen ist allerdings beschränkt und unkontrollierbar, so daß eine gleichbleibende Qualität nicht erzielbar ist.
  • Beim Trockenverfahren werden die Fasern allein zunächst in die gewünschte Form gebracht, z.B. auf einen Formkern gewickelt, und anschließend mit dem Kunststoff getränkt. Zur Erzielung einer besonders guten Verdichtung,bzw. Freiheit von Luftblasen ist es bekannt geworden, einen derartigen, auf einer Patrize (Formkern) sitzenden Faserwickel in eine Matrize (Form)einzusetzen, diese zunächst zu'evakuieren, anschließend mit dem Kunststoff zu füllen, diesen - gegebenenfalls sogar unter Druckausübung - in die Form zu pressen und auszuhärten. Dabei werden zwar weitgehend luftblasenfreie und hochverdichtete Formkörper erzielt, doch ist der Formenaufwand beträchtlich: nicht nur muß jede Form vakuum- und druckdicht, sowie mit Zu- und Ableitungen versehen sein, sondern sie ist auch durch die Aushärtungszeit des Kunststoffes beträchtliche Zeit belegt. Es muß daher für eine industrielle Produktion in der Regel eine Vielzahl teurer Formen angeschafft werden.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe Formkörper aus z.B. faserverstärkten Kunststoffen verhältnismäßig billig und trotzdem in höchster Qualität reproduzierbar hergestellt werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das zu einem Körper geformte Verstärkungsmaterial vor oder nach seiner Durchtränkung mit dem Kunststoff zumindest außen von einer in situ, die Matrize bzw. Patrize bildenden Flüssigkeit umhüllt wird, die gegebenenfalls erstarrt und nach Angelierung bzw. Aushärtung des Kunststoffes wieder entfernt wird.
  • Durch diese Maßnahme wird die Form aus einem immer wieder verwendbaren Material gebildet und kann - falls erforderlich - in den festen Aggregatzustand übergeführt werden, sodaß sie dem anzuwendenden Vakuum und/oder Druck standhält. Die Flüssigkeit legt sich zwangsläufig und selbsttätig an jeder noch so komplizierte Form eines Verstärkungskörpers an und umhüllt ihn vollständig und fugenlos. Daher entfällt außerdem noch die ansonsten erforderliche Wartung der sehr kostspieligen, toleranzabhängigen, geteilten Imprägnierformen (Matrizen/Patrizen) traditioneller Art. Die Entformung der fertigen Formkörper kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Beschädigung erfolgen, sobald sie formbeständig angeliert sind.
  • Weiterhin ermöglicht die enge Anschmiegung der vorzugsweise unter Druck stehenden flüssigen Formhülle, oder die unter Schrumpfspannung stehende feste Formhülle einen hohen Anteil der Verstärkungsmaterialien im Formkörper unterzubringen und mit beliebig hohem Vakuum und/oder Druck zu be-" aufschlagen und solcherart eine vollständige Durchtränkung sicher zu stellen, womit sich höchste.Festigkeitswerte erreichen lassen.
  • Der folgerichtige Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahfahrens kann allgemein als ein Materiewandlungs-Druck/Vakuum- injeKtions-Kunststoffbindeverfahren, im weiteren kurz "MBK"-Verfahren bezeichnet werden und ermöglicht mit programmierbarer Automation erstmalig die industrielle Serienherstellung aller Körper, gleich welche Formgestaltung sie im einzelnen oder untereinander aufweisen, mit gleichbleibend reproduzierbarer Höchstqualität in einem geschlossenen System, welches auch die Garantie gesunder Arbeitsbedingungen bietet, weil das Arbeitspersonal mit gesundheitsschädlichen Dämpfen nicht in Berührung kommt.
  • Nach dem Wesen der Erfindung werden die nach irgendeiner Art vorbereiteten Körper aus dem Verstärkungsmaterial mit einer sich selbst bildenden, jeder Form damit eng und druckfest anliegenden, temperaturbeständigen und.dichten Formhülle in festem oder flüssigen Aggregatzustand ungeteilt überzogen, die - soferne sie fest war - nach Angelierung bzw. Aushärtung des Formkörpers wieder entfernbar ist,z.B. durch Schmelzen, Auflösen oder Aufschneiden. Dabei ist das Material der Formhülle immer wieder verwendbar.
  • Obwohl für die Umhüllung verschiedene anorganische und " organische Flüssigkeiten herangezogen werden können, soferne sie mit dem Kunststoff nicht reagieren bzw. sich mit ihm nicht mischen, haben sicn doch niedrigschmelzende Metallegierungen als besonders zweckmäßig erwiesen. Nicht nur ergibt sich durch deren hohe Dichte ein besonders gutes Anliegen an dem Körper aus dem Verstärkungsmaterial und ein Eindringen auch in verhältnismäßig unzugängliche Hinterschneidungen u.dgl., die nach herkömmlichem Formenbau besonders schwierig herzustellen wären, sondern eine solche Legierung kann durch geringes Senken der Temperatur in den festen Aggregatzustand übergeführt werden, wodurch eine hoch druckfeste einstückige und damit von Trennfugen freie Form entsteht. Dabei kann ein hoher Verdichtungsgrad erreicht werden.
  • Als Flüssigkeit für die Herstellung der beschriebenen Umhüllung kommen vorzugsweise niedrigschmelzende Legierungen in Betracht, deren Schmelzpunkt unterhalb der Temperaturfestigkeit des ausgehärteten Kunststoffes liegt. Solche Legierungen sind meist eutektische Mischungenvon Wstmut, Blei, Zinn, Kadmium und Antimon; sie können schr genau auf einen bestimmten gewünschten Schmelzpunkt eingestellt werden. So gibt es unter Wismut-Zinn-Blei-Kadmium-Indium-Legierungen solche, deren Schmelzpunkt bei 47°C liegt. Spezielle Wismut-Blei-Kadmiumlegierungen z.B. haben einen Schmelzpunkt von 92°C, Wismut-Zinn-Zink-Legierungen einen solchen von 130°C. Von Zinn-Blei-Kadmium-Legierungen liegt der Schmelzpunkt bei 145°C; ein Schmelzpunkt von 221°C kann mit Zinn-Silber-Legierungen erreicht werden, mit Kadmium-Antimon-Legierungen ein solcher von 292°C.
  • Zur Lagesicherung der Körper aus dem Verstärkungsmaterial können (beispielsweise beim Umgießen mit flüssigem Überzugsmaterial oder beim Eintauchen in dieselben) Abstandhalter, Einlagen, Stützgerüste od.dgl. aus starren Materialien verwendet werden, die gegen das Überzugsmaterial resistent und der betreffenden Temperaturbeanspruchung gewachsen sind.
  • Als Verstärkungsmaterial können in an sich bekannter Weise Faserstränge, Stapelfasern, Gewebe, Drähte, Flocken, Whiskers u.dgl. aus Kunststoff, Glas, Textil, Kohlenstoff, Asbest oder Metall (z.B. Stahl, Beryllium etc.) verwendet werden. Dieses Material wird in einer der jeweiligen Form anyepassten Weise auf einen gleichfalls an sich bekannten Grundkörper aufgetragen, z.B. durch Wickeln, Spritzen, elektrostatische Fixierung od.dgl.
  • Der Grundkörper kann als Patrize im fertigen Formkörper verbleiben, d.h. eine Art verlorene Schalung bilden und aus - gegebenenfalls'verstärktem - Kunststoff, aus einem geeigneten Liner od.dgl. bestehen.
  • Der Grundkörper kann auch vor oder nach der Durchtränkung entfernt werden. Dies kann gewünscht sein, wenn ein Faserwickel so ausgebildet ist, daß er auch ohne den tragenden Grundkörper.für die Handhabung während der Durchtränkung bzw. der Umhüllung eine ausreichende Festigkeit aufweist. In diesem Fall kann er auf einen Formkern gewikkelt und sofort von diesem abgezogen werden. Selbst bei komplizierten Formkernen ist dadurch nur eine geringe Anzahl von Kernen erforderlich.
  • Ist hingegen die Festigkeit des Faserwickels allein zu gering, dann wird die Durchtränkung bzw. Umhüllung auf einem Grundkörper erfolgen, der - wenn er im fertigen Formkörper nicht erwünscht ist - erst nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt wird. In diesem Fall wird z.B. der Grundkörper aus dünnwandigem Gips oder Glas, aus einem Material wie z.B. einer tiefschmelzenden Metallegierung, Wachs od.dgl., aus verdampfbarem Schaumstoff, oder eventuell aus dem gleichen Material wie die Umhüllungsflüssigkeit gebildet, die im Laufe des Verfahrens erstarren gelassen wird. Besonders die letzte Methode hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil der Formkern dabei in die Außenform (gebildet von der erstarrten Umhüllungsflüssigkeit) integriert wird und alle Probleme, die unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten bei verschiedenen Schichtmaterialien verursachen, vermieden werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Körper aus Verstärkungsmaterial nach Umhüllung mit der Flüssigkeit und gegebenenfalls deren Erstarrung durch ausgesparte Zu- und Ablauföffnungen hindurch mit dem Kunststoff durchtränkt. Wenn der Körper aus dem Verstärkungsmaterial grobporig ist, ist es zweckmäßig, ihn bevor die Umhüllung mit dem die Außenform bildenden Material erfolgt, an der Oberfläche unter Aussparung von Zu- und Ablauföffnungen, z.B. durch Pulverbeschichtung, mit einem porenverschließenden Überzug zu versehen, der ein Eindringen des Umhüllungsmaterials sicher verhindert.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Körper aus Verstärkungsmaterial - gegebenenfalls auf dem Grundkörper - in ein Bad des Kunststoffes eingetaucht und durchtränkt; anschließend wird der überschüssige Kunststoff von der Umhüllungsflüssigkeit verdrängt, der durchtränkte Formkörper angeliert bzw. ausgehärtet und danach die Umhüllung wieder entfernt. Vorzugsweise werden die Körper aus Verstärkungsmaterial vor dem Eintauchen in das Bad .unter Vakuum gesetzt und/oder nach dem Eintauchen in das Bad - z.B. während einiger Minuten - unter gegenüber bisher höherem Druck (z.B. 10 bar und darüber) gesetzt, wenn der verwendete als Autoklav ausgebildet ist. Für vergleichsweise viel geringere Drücke mußten bisher schon sehr aufwendige Formenkonstruktionen gewählt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens veranschaulicht. Es zeigen: die
    • Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt mit erstarrtem überzugsmaterial in einem Formraum;
    • Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen verschließbaren Behälter mit Aufnahmeplatten als Abstandhalter, in welchen Zuführungsöffnungen für die Vakuum/Druckbeaufschlagung und Harzzu- und Harzabfuhr für beliebig viele Körper aus Verstärkungsmaterial entsprechend ihrer Form angeordnet sind,
    • Fig. 3 eine Aufnahmeplatte im Teilschnitt mit zwei eingezeichneten Körpern aus Verstärkungsmaterial (Rohrbügen 90°) in Vorderansicht ungeschnitten,
    • Fig. 4 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen temperaturgeregelten verschließbaren Behälter (Autoklav)mit erfindungsgemäß zu behandelnden Körpern aus Verstärkungsmaterial in Überzugsmaterial, das in flüssiger Phase gehalten ist, und die
    • Fig. 5 und 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Trommelform im Längsschnitt in Ausgangslage bzw. um 180° demgegenüber verdreht.
  • Der Ablauf des Verfahrens (erläutert anhand der Fig.4 - 6) erfolgt, indem zuerst über eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe der Behälter 7 bzw. 22 samt Inhalt entgast wird; anschließend läßt man das Harz 3 über eine - gegebenenfalls für viele zu durchtränkende Körper 1' aus Verstärkungsmaterial gemeinsame - Zuleitung solange einströmen, bis es in einem (nicht dargestellten) Schauglas am Behälter 7 sichtbar wird. Zur besseren Durchtränkung werden die Körper 1' aus Verstärkungsmaterial gegebenenfalls bis zur Gelierung des Harzes 3 unter Überdruck gehalten.
  • Fig. l zeigt einen durch Abkühlung in metallisch verfestigter Phase eingegossenen Körper 1 aus Verstärkungsmates rial in Form eines Fittings, der mit stirnseitig aufgesetzten Anschlußstücken 2 (Trichter) für die Zu- bzw. Ableitung des Imprägnierharzes 3 versehen ist. Ein fester GieBmantel 4 nimmt dabei den Körper 1, der in seinem Inneren noch den Grundkörper 5 aufweist, samt seinen Anschlußstücken 2 und sodann das flüssig eingegossene Uberzugsmaterial auf, das nach dem Festwerden im Gießmantel 4 die Formhülle 6 bildet. Der Grundkörper 5 kann dabei aus festem, verflüssigbarem oder vergasbarem Material bestehen.
  • Unter Verwendung einer in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung können verstärkte Kunststoffkörper wie folgt hergestellt werden:
  • Das Vorgehen wird hiebei anhand eines Winkelstückes beispielsweise demonstriert. Der aus dem Verstärkungsmaterial bestehende Körper 1 wird zunächst gemeinsam mit dem Grundkörper 5 (Kern) in zwei Platten 24 und 25 eingesetzt. Diese Platten besitzen Zu- und Abführöffnungen 26 und 26', die durch die Platten 24, 25 hindurch zu den beiden Stirnflächen des aus dem Verstärkungsmaterial bestehenden Körpers 1 führen. Sobald die Körper 1 aus dem Verstärkungsmaterial in die Platten 24 und 25 eingesetzt sind, werden die Platten in das Gefäß 22 eingesetzt und dieses Gefäß wird sodann mit einem Deckel 23 verschlossen. In das Gefäß wird sodann über ein Ventil 14 das Umhüllungsmaterial 6 eingeführt. Die Luft entweicht hiebei über eine Leitung 14'. Sodann wird das Durchtränkungsmaterial 3 über ein Ventil 8 durch den Dekkel 23 hindurch eingeführt und gelangt über die Öffnungen 26 in der Platte 24 zur Stirnfläche des Körpers 1 aus Verstärkungsmaterial, durchsetzt diesen und tritt über öffnungen 26' in der Platte 25 wieder aus, gelangt in einen Raum 25', von wo es über ein Ventil 20 abgezogen werden kann. Sobald das Durchtränkungsmaterial angeliert bzw. ausgehärtet ist, kann - soferne das Umhüllungsmaterial 6 in flüssigem Zustand gehalten wurde - dieses Material uber das Ventil 21 abgezogen werden. Befand sich das Umhüllungsmaterial jedoch in festem Aggregatzustand, so wird das nunmehr feste Umhüllungsmaterial 6 mitsamt den Platten 24 und 25 und den eingegossenen, nunmehr bereits durchtränkten Körpern aus Verstär- kungsmaterial 1 aus dem Behälter 22 entnommen und das Umhüllungsmaterial 6 abgeschmolzen oder auf sonst eine andere Weise entfernt (etwa durch Zerschlagen, wenn es sich um glasartiges Material handelt), womit dann die Körper 1 frei sind.
  • Der Grundkörper 5 kann hiebei ebenfalls ausgeschmolzen oder durch Vergasen je nach dem Material, aus dem er besteht, aus dem Inneren des Rohrbogens entfernt werden.
  • In Fig. 3 ist die Aufnahmeplatte 24 mit zwei dort eingesetzten Körpern 1 aus Verstärkungsmaterial dargestellt. In eine Aufnahmeplatte 24 können jedoch auch beliebig viele Körper aus Verstärkungsmaterial eingesetzt werden.
  • Gemäß Fig. 4 läuft das Verfahren wie folgt ab: Die Körper 1' aus Verstärkungsmaterial werden in einem vakuum- und druckdichten Behälter 7 auf einem unteren Rost 17 abgelegt und mit einem weiteren Rost 19 abgedeckt. Nach dem Verschließen des Behälters 7 wird das Unterdruckventil 12 zur Entga-sung des Behälterinhaltes, insbesondere der Körper aus Verstärkungsmaterial, geöffnet. Nach Erreichen des festgelegten Unterdruckes wird das Ventil 12 geschlossen und das Ventil 8 geöffnet, nach dem der im Vorratsbehälter 9 befindliche Kunststoff 3 über das Ventil 10 entgast worden ist. Damit ergießt sich blasenfreie Kunststoffmasse in den Behälter 7 über die Verstärkungskörper 1' bis zur Höhe des Rostes 19, bzw. des Kunststoff-Ablaßventiles 20. Nach dem Schließen des Ventiles 8 wird das Druckventil 11 geöffnet, und die im Behälter befindliche Tränkflüssigkeit unter Druck gesetzt, wodurch die gleichmäßige Durchtränkung der Körper aus dem Verstärkungsmaterial qptimiert wird. Nachdem der Druck etwa 3 - 5 imin aufrechterhalten wurde, wird das Ventil 11 wieder geschlossen und der Behälter 7, z.B. über das Ventil 20 entlüftet. Es wird jetzt das Ventil 14 geöffnet und flüssiges Metall 16 aus dem Gefäß 15 in den Behälter 7 rinnen gelassen, das den darin befindlichen Kunststoff, soweit er nicht bereits die Körper 1' aus Verstärkungsmaterial durchtränkt hat, über das Ventil 20 nach außen drängt. Der Gitterrost 19 hindert die durchtränkten Körper 1' am Aufschwimmen. Das Metall 16 wird ebenfalls bis zur Höhe des Rostes 19 steigen gelassen. Nach Schließen der Ventile 14 und 20 beginnt die Aushärtung des in den Verstärkungskörpern verbliebenen Kunststoffes (Tränkmaterials) durch die in dem flüssigen Metall 16 gespeicherte Wärme, sowie gegebenenfalls durch eine Mantelheizung 13 des Behälters 7. Nach erfolgter Aushärtung des Tränkmaterials wird das flüssige Metall 16 durch das Ventil 21 aus dem Behälter 7 wieder ablaufen gelassen, der Behälter 7 wird geöffnet, und die nunmehr fertigen Formkörper werden entnommen.
  • In der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 ist das verschließbare Gefäß 22 als Trommel ausgebildet. Diese Trommel ist um eine Achse 23 zumindest um1800 schwenkbar. In der Trommel befindet sich ein Auflagerost 17, der sich in Längsrichtung der Trommel, also In Richtung von deren Schwenkachse, erstreckt. Auf dem Auflagerost 17 werden die zu durchtränkenden Körper 1' aus Verstärkungsmaterial abgelegt bzw. erforderlichenfalls durch Stützen oder auf Dornen gehalten. Unter dem Auflagerost 17 befindet sich eine niedrigschmelzende Legierung 16. In den Mantel der Trommel 22 münden an Stellen, die frei von der Legierung 16 sind, eine Unterdruckleitung 12, eine Uberdruckleitung 11 und eine durch ein Ventil 8 absperrbare Leitung, die zu dem Vorratsgefäß 9 für den härtbaren Kunststoff 3 führt. Aus der Trommel führt durch die hohle Achse weiters eine Leitung 20, die verschließbar ist und über welche nach dem Wenden der Trommel aus der in Fig. 6 gezeigten Lage um 180° der Kunststoff abgezogen und dem Vorratsgefäß 9 wieder zugeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie folgt unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, ausgeführt werden:
  • Die Trommel 22 wird vor der Beschickung in eine Lage gebracht, in der sich die Umhüllungsflüssigkeit 16 unterhalb des Abstellrostes 17 befindet (Fig. 5). Dann werden die Körper 1' über eine öffnung in der Trommel in den Innenraum eingebracht und auf dem Rost 17 abgelegt. Nach dem erschließen der Trommel 22 wird durch öffnen der Leitung 12 der Innenraum der Trommel 22 an Vakuum angeschlossen und die Luft aus dem Innenraum und aus den Körpern 1' aus Verstärkungsmaterial entfarnt. Nach der Entgasung wird die Unterdruckleitung 12 geschlossen und aus dem Vorratsgefäß 9 über das geöffnete Ventil 8 Kunststoff 3 in die Trommel 22 eingeführt, bis die Körper 1' abgedeckt sind, d.h. bis das Ni- veau des zugeführten Kunststoffes höher liegt-als der höchste Punkt aller auf dem Rost 17 abgelegten Körper 1'. Nachdem dieser Zustand erreicht ist, wird das Ventil 8 geschlossen und über die Leitung 11 dem Innenraum der Trommel Überdruck zugeführt. Dadurch wird das Verstärkungsmaterial besonders intensiv von dem Kunststoffmaterial durchtränkt. Die überdruckleitung 11 kann dann geschlossen werden, worauf die Trommel 22 aus der in Fig. 5 gezeigten Lage um 180° gewendet wird. Hiebei steigen die Körper 1' sofort bis zur Anlage am Rost 17 auf (Fig. 6) und das Harz (Tränkmaterial) wird schlagartig durch das in der Trommel 22 befindliche flüssige Material 16, von gegenüber dem Kunststoff erhöhter Dichte, verdrängt. Der Kunststoff wird hiebei über die Leitung 20 abgeführt und - wie bereits erwähnt - in den Behälter 9 für das Harz 3 rückgeführt. Die mit Kunstharz getränkten Körper 1' sind zur Gänze von dem Material 16 hoher Dichte umgeben und der Kunststoff in den Körpern 1' kann gelieren bzw. aushärten , gegebenenfalls unter Wärmezufuhr, nämlich unter Zufuhr ultravioletter Strahlung, oder auch unter Anwendung von Mikrowellenenergie u.dgl. Nachdem der Kunststoff gehärtet ist bzw. ein Gelstadium erreicht hat, wird die Trommel 22 wieder in die in Fig. 5 dargestellte Lage gewendet. Das Material 16 von gegenüber dem Kunststoff erhöhter Dichte befindet sich wieder unterhalb des Auflagerostes 17 und die nunmehr völlig freien Körper 1' können vom Rost entfernt und aus der Trommel 22 herausgenommen werden.
  • An der Trommel 22 gemäß den Fig. 5 und 6 ist ein zwei Funktionen ausübendes Ventil 21 angeordnet. In der Lage gemäß Fig. 6 dient es zur Belüftung des Trommelinnenraumes während der Entleerung, in der Lage nach Fig. 5 jedoch zur Abführung des flüssigen Materiales 16.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus verstärktem Kunststoff, bei dem ein vorbereiteter Körper aus Verstärkungsmaterial mit Kunststoff durchtränkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Verstärkungsmaterial bestehende Körper vor oder nach seiner Durchtränkung mit dem Kunststoff zumindest außen von einer in situ die Matrize bzw. Patrize bildenden Flüssigkeit umhüllt wird, die gegebenenfalls erstarren gelassen wird und nach Angelierung bzw. Aushärtung des Kunststoffes wieder entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Körper aus dem Verstärkungsmaterial fugenlos umhüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus dem VerSärkungsmaterial von einer niedrigschmelzenden, insbes. eutektischen Metallegierung umhüllt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,bei dem der Körper aus dem Verstärkungsmaterial auf einem Grundkörper (Formkern, Wickeldorn, Patrize) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper vor der Durchtränkung bzw.Umhüllung von dem Grundkörper getrennt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Körper aus Verstärkungsmaterial auf einem Grundkörper (Formkern, Wickeldorn, Patrize) geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Grundkörper und dem Verstärkungsmaterial bestehende Verbund mit der Umhüllungsflüssigkeit umgossen und dabei der aus dem Verstärkungsmaterial bestehende Körper getränkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß als Grundkörper ein solcher eingesetzt wird, der aus dem gleichen Material wie die Umhüllungsflüssigkeit besteht.
7. Verfahren nach einem-der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtränkung unter Unter- und/ oder Uberdruckbedingungen erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß der Körper aus Verstärkungsmaterial mit der Flüssigkeit umhüllt wird, worauf - gegebenenfalls nach deren Erstarrung - durch ausgesparte Zu- und Ablauföffnungen die Durchtränkung mit dem Kunststoff erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Verstärkungsmaterial an seiner Oberfläche unter Aussparung von Zu- und Ablauföffnungen noch vor der Umhüllung mit einem porenverschließenden Überzug versehen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet,daß der Körper aus Verstärkungsmaterial - gegebenenfalls auf dem Grundkörper - in ein Bad eines Kunststoffes eingetaucht und durchtränkt wird, und daß anschließend der überschüssige Kunststoff von der Umhüllungsflüssigkeit verdrängt und der durchtränkte Formkörper während er von der Umhüllungsflüssigkeit umschlossen ist, angeliert bzw. ausgehärtet wird, wonach die Umhüllungsflüssigkeit wieder entfernt wird.
ll. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem - gegebenenfalls unter Vakuum und/oder Druck setzbaren - Behälter (7) je eine Zu- und Abführleitung (8,20) für den Kunststoff sowie je eine Zu- und Abführleitung für die Umhüllungsflüssigkeit (16) angeordnet ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Vakuum und/oder Druck setzbare Behälter (22) als ein um seine Längsachse wenigstens um 180° schwenkbares Gefäß ausgebildet ist, in dem die Umhüllungsflüssigkeit (16) verbleibt und wobei der Behälter (22) je eine Zu- und Abführleitung (8,20) für den Kunststoff (3) aufweist (Fig. 5, 6).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Behälters (7) ein Gitter (17) od.dgi. zur Verhinderung des Aufschwimmens der Formkörper (1') angeordnet ist.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit Zu- und Ablauföffnungen für den Kunststoff an der Oberfläche der Verstärkungskörper (1) verbundene Anschlußstücke (2), z.B. Trichter, Anschlußstücke oder Aufnahme-Zentrierplatten, vor-0000755 gesehen sind, die von einer gemeinsamen Zuführ- und Abführleitung für den Kunststoff bzw. für Vakuum/Druck versorgt werden (Fig. 1, 2).
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