NO333496B1 - Fremgangsmåte for å fremstille et langstrakt legeme ved å spinne minst én tråd eller ett bånd med en herdbar matrise på et kjerneelement - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å fremstille et langstrakt legeme (1) ved å spinne en eller flere tråder (5) med en herdbar matrise på et kjemeelement (4). Tråden (5) bæres av en spole (3), og spolen (3) og kjerneelementet (4) roterer i forhold til hverandre samtidig som det langstrakte legemet (1) og spolen (3) forflytter seg i hovedsak i en bestemt lengderetning i forhold til hverandre. I tillegg til forflytningen i den bestemte lengderetningen påføres en frem- og tilbakegående bevegelse mellom spolen (3) og kjerneelementet (4), slik at tråden (5) eller båndet legges i det vesentligste fra legemets innerste overflate til dets ytterste overflate.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å fremstille et langstrakt legeme ved å spinne minst én tråd eller ett bånd med en herdbar matrise på et kjerneelement, der tråden eller båndet bæres av en spole og spolen roterer i forhold til kjerneelementet samtidig som det langstrakte legemet eller spolen forflytter seg i hovedsak i én bestemt lengderetning, slik at det langstrakte legemet kontinuerlig blir trukket av kjerneelementet. Tråden(e) eller båndet/båndene produserer en 3-dimensjonal vev fra innerst til ytterst i rørets tverrsnitt innen en forutbestemt lengde.

Fremgangsmåten er spesielt godt egnet til fremstilling av rør, samt en beskyttelseshylse eller forsterkende kappe for bunter av rør og/eller kabler, men kan også benyttes til fremstilling av sluttede objekter der styrken er en vesentlig faktor, slik som flyvinger og vindmølleblad.

Beskyttelseshylser for bunter av rør og kabler som skal legges på havbunnen er viktig, da slike rør og kabler lett kan skades av fiskeredskaper, ankere og annet utstyr som slepes langs bunnen. I dag benyttes beskyttelseshylser som fremstilles i lengder på inntil noen få meter og stroppes fast rundt røret eller kabelen etter hvert som denne tas av en trommel og føres ut i sjøen. Et eksempel på dette er vist i NO 323381. En slik måte å påsette beskyttelseshylse er svært arbeidskrevende og medfører at leggingen av kabelen eller røret tar forholdsvis lang tid og er en utfordring når det gjelder kvalitetssikring.

Det finnes flere eksempler på at man fremstiller rør kontinuerlig samtidig med at disse legges ut. Eksempler på dette er vist i GB 1489186, US 2605202, US 3532132, US 4721410, US 4183724, US 1084158, US 4345854, US 2718684, US 4651914 og US 5062737.

De fleste av disse eksemplene omfatter kontinuerlig støping av betongrør. Å benytte betong til forsterkende kappe vil i mange tilfeller være lite aktuelt. Betongen bruker en del tid på å herde og leggingen av røret/kabelen må derfor skje svært langsomt. Betongen har dessuten en betydelig vekt, som vil medføre at det må benyttes et forholdsvis stort leggefartøy.

US 4558971 beskriver kontinuerlig fremstilling av et plastrør. Her vikles bånd på en innvendig stamme. Dette skjer ved at flere spoler med bånd i en harpiksmatrise kretser rundt stammen. Spolene er anordnet slik at de vikler i to motsatte retninger. Derved oppnås et mønster av kryssende bånd.

Båndene vikles slik at de snellene som er plassert først i spolen legger båndet innerst i rørets tverrsnitt, mens de snellene som er plassert sist i spolen legger båndet ytterst i rørets tverrsnitt. Derved får det ferdige røret en lagdelt struktur som gir risiko for delaminering av rørveggen og derved et rør med relativt svak styrke.

Videre er det p.g.a. den innvendige stammen ikke mulig å vikle røret som et beskyttende hylster utenpå et rør eller en kabel. Det ferdig fremstilte røret kan derved kun brukes som en forsterkning av et eksisterende legeme.

Konklusjon: Det er ingen sammenfallende teknologi mellom vårt patent og US 4558971.

Når det gjelder publikasjon GB 1228244 (Dl), kan man grovt sett si at dette er den ordinære maskinen som brukes i dag til å produsere fiberrør. Rørene kan være koniske eller rette. I publikasjonen er det tegnet et konisk kjerneelement som gir et konisk rør (f.eks. til lysstolper). Disse produktene har en bestemt lengde som er lik kjerneelementets lengde. Som man ser er kjerneelementet festet i hver ende (supporting pins 14 og 16), hvor 16 også er tilkoblet en motor.

De følgende punkter beskriver forskjellene mellom min oppfinnelse og maskin GB 1228244 (Dl): 1. Vi har ingen "supporting pins" som gjør at man bare kan produsere i begrensede lengder.

Derved er det mulig å produsere rør av ubegrenset lengde.

2. Det kan virke som om maskinen GB 1228244 (Dl) vikler tråd fra innerst til ytterst i tverrsnittet, men så er ikke tilfelle. Maskinen vikler tråd fra en ende til den andre, der den snur og vikler et nytt lag utenpå det første tilbake til utgangspunktet. Det at kjerneelementet 10 er konisk påvirker ikke dette, men gir et konisk sluttprodukt. Om kjerneelementet er rett, får man samme funksjon. Dette gir et statisk kryssmønster der man bare kan variere kryssvinkelen mellom de ulike lagene i sluttproduktet. Vår maskin spinner på en fundamentalt annerledes måte. Mønstret vårt er helt forskjellig og har en totalt annerledes struktur enn hva 1228244

(Dl) kan produsere.

3. GB 1228244 (Dl) har en motor 18 forbundet med "supporting pin" 16 som gir rotasjon til kjerneelementet 10 for at fibrene skal kunne vindes opp på produktet. Slik er ikke vår maskin/konsept. Røret som produsers av vår maskin roterer ikke under produksjonsprosessen. Ved en slik rotasjon ville det ikke vært mulig å produsere rør for legging rett i sjøen eller terrenget, noe som er en sentral mulighet ved vårt konsept.

Konklusjon: Det er ingen sammenfallende teknologi mellom vårt patent og GB 1228244 (Dl).

Det følgende vil beskrive WO 9803326 (D2) i forhold til vår oppfinnelse:

Denne patentbeskrivelsen er noe rotete, for den beskriver egentlig tre forskjellige maskiner som produserer tre forskjellige rørtyper. 1. Denne maskinen, som er beskrevet/tegnet fig. 1C, med nærbilde fig. ID, har noe mer til felles med vår oppfinnelse. Men heller ikke denne produserer et rør med et mønster som har noen likhet med mønsteret som vår maskin vil produsere. Denne 1C/1D produserer nesten samme mønster som den ovenfor kommenterte maskin GB1228244 (Dl), og heller ikke den produserer med spinning i 3D-mønster, som vår maskin gjør. Heller ikke i noen av de to andre maskinene som er beskrevet fig. 11 og fig. 12 er det presentert noe som likner på vårt konsept krav 1 og 9. Patentbeskrivelsen (av Dl) beskriver helt tydelig hvordan man får et statisk flettemønster, hvor den eneste variasjonen er vinkelen a. Dette er detaljert forklart med figurene 6 -10 i samme patentbeskrivelse. 2. Som WO 9803326 (D2) fig. 1C og ID beskriver, kan denne maskinen forsterke et eksisterende rør som føres gjennom maskinen påført armert "coating". Forsterkningen blir vulkanisert fast i det eksisterende røret som skal forsterkes. Her er det selve røret som skal forsterkes som også representerer kjerneelementet.

Hensikten med vårt produkt er å produsere et rør/beskyttelse som ikke har samme indre diameter som produktet/produktene som trenger beskyttelse. Det skal være god klaring, slik at det er mulig å sirkulere vann eller kjølevæske rundt produktene som skal beskyttes, samtidig som beskyttelseskappen også er en fysisk beskyttelse. Dette innebærer at vi kan produsere røret som skal fungere som beskyttelse uten at det omgir et kjerneelement, i motsetning til WO 9803326 (D2), som bare kan produsere beskyttelsen direkte på et kjerneelement.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å frembringe en fremgangsmåte der det er mulig å fremstille et langstrakt legeme med stor styrke. Derved blir det også mulig å fremstille legemer med mindre veggtykkelse og derved lavere vekt.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det i tillegg til forflytningen i den bestemte lengderetningen skjer en frem- og tilbakegående bevegelse mellom spolen og kjerneelementet/røret over en del av kjerneelementets/rørets lengde, slik at tråden eller båndet legges i det vesentligste fra legemets innerste overflate til dets ytterste overflate.

Med bestemt lengderetning menes ifølge oppfinnelsen den resulterende relative bevegelsen mellom spolen og det langstrakte legemet.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er det mulig å legge et sammenhengende beskyttende hylster rundt et rør eller en kabel eller en bunt av disse og der hylsteret ikke nødvendigvis ligger tett inntil røret eller kabelen, men kan ha klaring i forhold til dette.

Fremgangsmåten egner seg godt til å legge et beskyttelseshylster rundt en kabel, et rør eller en bunt av kabler og/eller rør under selve utleggingen av kablene eller rørene.

Fremgangsmåten gir også mulighet for å legge et beskyttelseshylster rundt langstrakte legemer som har varierende tverrsnitt, for eksempel en seismisk bunnkabel med geofoner. Fremgangsmåten er også svært godt egnet til å legge et beskyttende hylster rundt en kabel eller et rør som ikke bør utsettes for klemkreftene fra festestropper eller som ikke tåler belastningen fra en beskyttelseshylse som legges direkte utenpå kabelen.

I mellomrommet mellom kabelen/røret og beskyttelseshylsen kan det eventuelt legges et skum eller annet materiale som holder kabelen/røret på plass inne i hylsen.

Fremgangsmåten egner seg både for fremstilling av langstrakte legemer av begrenset lengde og av ubegrenset lengde.

Prinsippene ved oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til de medfølgende figurer som viser en mulig utførelsesform av oppfinnelsen, der:

Figur 1 viser et lengdesnitt gjennom en beskyttelseshylse under fremstillingen,

Figur 2 viser et tverrsnitt gjennom beskyttelseshylsen under fremstillingen,

Figur 3 viser hvordan en tråd legger seg i beskyttelseshylsen under en komplett frem- og tilbakegående bevegelse,

Figur 4a viser trådmønsteret i en bit av en ferdigviklet hylse i utbrettet tilstand og

Figur 4b viser et lengdesnitt gjennom en bit av en hylse.

Figur 1 viser et lengdesnitt gjennom en beskyttelseshylse 1 under fremstillingen av denne. For fremstillingen benyttes det en ring eller karusell 2 hvor det er anordnet et stort antall trådsneller 3 (se også figur 2). Karusellen 2 roterer slik at trådsnellene 3beveger seg i en fortrinnsvis sirkulær bane. Konsentrisk med karusellen 2 er det anordnet en indre form eller støtterør 4. Etter hvert som trådsnellene 3 kretser rundt støtterøret 4 legges det en tråd 5 fra hver trådsnelle på støtterøret. Karusellen 2 beveger seg også i rørets 4 lengderetning i en frem- og tilbakegående bevegelse over en del av rørets 4 lengderetning.

Tråden er belagt med en herdbar matrise, for eksempel et varmeherdende eller kjemisk herdende lim eller harpiks. Ved bruk av et varmeherdende lim eller harpiks kan røret 4 varmes til en temperatur der limet herder i løpet av en forutbestemt tid. Etter hvert som limet herder, trekkes den spunnede hylsen 1 kontinuerlig av røret 4. Tråden 5 danner derved en konisk form 6 på røret 4. I stedet for å trekke i den ferdigspunnede hylsen 1, kan røret 4 og karusellen 2 forskyves i motsatt retning. Støtterøret 4 har en overflate som ikke fester seg til det herdede limet. Fortrinnsvis danner limet et glidesjikt som gjør det lett å trekke av den ferdigspunnede hylsen.

Karusellen 3 roterer og beveges frem og tilbake langs konet ved hjelp av i og for seg kjente teknikker. Konet 6 er det området på hylsen som til enhver tid blir belagt med tråd, dvs. området mellom de ytre grensene for karusellens 2 bevegelse langs rørets 4 lengdeakse. Slik dannes det et flettemønster. Dette flettemønsteret gjør at man fanger opp strekkrefter utover i hylsens struktur idet tråden 3 vender ved støtterøret 4 (innvendig) og vender igjen ved den ferdige utvendige overflaten til hylsen 1. Derved strekker hver tråd seg ikke bare rundt hylsen 1, men også på skrå fra hylsens 1 innvendige vegg til hylsens 1 utvendige vegg. Derved vil man selv ved brudd i alle trådene samtidig kunne fortsette spinningen uten at det blir noen skjøt på hylsen. Karusellens 2 bevegelse og trekkhastigheten til hylsen 1 styres fortrinnsvis av en datamaskin.

Som vist i figur 1 kan det ligge flere spoler 3 ved siden av hverandre, som legger tråder 5 parallelt med hverandre.

Figur 3 viser hvordan én tråd 5 legger seg i hylsen 1 under en komplett bevegelse av spolen. Leggingen starter ved A og tråden legges i pilens 7 retning. Midtveis mellom A og B har karusellen 2 rotert én gang. Ved punktet B har karusellen 2 rotert for eksempel to ganger og beveget seg til enden av den frem- og tilbakegående bevegelsen. Samtidig har tråden 5 lagt seg fra støtterørets 4 diameter til ytterdiameteren av hylsen 1. Når karusellen 2 beveger seg tilbake i motsatt retning vil tråden 5 også legges i for eksempel to omdreininger rundt hylsen 1 og fra hylsens 1 ytterdiameter til støtterørets 4 diameter og ende opp ved C. På grunn av den generelle bevegelsen av hylsen i én retning (mot høyre i figuren) vil punktet C ligge noe til venstre for A. Hver tråd vil forskyves tilsvarende i forhold til forrige tråd. Tråden 5 vil på tilbakeveien krysse seg selv i flere punkter. Når flere tråder legges oppå hverandre på denne måten vil man få en sterk hylsevegg.

Det er mulig å variere antall omdreininger av karusellen for hver frem- og tilbakegående bevegelse, og det trenger ikke å være et helt antall omdreining for hver frem- og tilbakegående bevegelse. Lengden på den frem- og tilbakegående bevegelsen kan også varieres.

Figur 4a viser et utsnitt av veggen til en ferdigspunnet hylse i utbrettet tilstand og figur 4b viser et lengdesnitt gjennom hylseveggen.

Herding av tråden kan skje kjemisk, som et alternativ til varme, idet hastigheten på bevegelsene tilpasses slik at hylsen rekker å herde tilstrekkelig til at den blir formstabil før den trekkes av støtterøret 4.

For å legge hylsen 1 rundt en eksisterende kabel eller rør, føres kabelen eller røret (ikke vist) gjennom støtterøret 4 og trekkes gjennom dette i samme hastighet som hylsen 1 trekkes av støtterøret 4. Dersom fremstillingen av hylsen 1 foregår om bord på et kabelleggingsfartøy, kan kabelen og hylsen 1 føres ut i sjøen så snart hylsen er tilstrekkelig herdet og etter hvert som den fremstilles. Ved produksjon på land kan kabelen og hylsen 1 kveiles opp på en trommel for senere transport.

Fremgangsmåten kan i tillegg til å spinne en beskyttende kappe på eksisterende/nye kabler også brukes til å forsterke eksisterende rør eller andre objekter.

Fremgangsmåten er beregnet på spinning av objekter hvor lengden kan være ubegrenset. Fremgangsmåten er også fleksibel med hensyn til størrelse på objektet som skal spinnes. I stedet for å bevege objektet i én hovedretning kan karusellen 2 bevege seg. Dette kan være aktuelt ved fremstilling av gjenstander med stor omkrets. For gjenstander av begrenset lengde kan gjenstanden sørge for all bevegelsen, både den generelle, frem- og tilbakebevegelsen og rotasjonen.

Den herdbare matrisen kan tilføres ved at tråden fuktes med denne før den legges på hylsen. Den kan alternativt legges på separat i forhold til tråden ved hjelp av en egen påføringsanordning.

Med teknologien kan man produsere legemer av både regelmessig og uregelmessig form, og både sluttede objekter og legemer av ubestemt lengde.

Teknologien er egnet for spinning med en rekke ulike naturlige og syntetiske materialer; tekstiler, glassfiber, plast, keramer, kevlar, ulike metaller.

En spinnemaskin basert på teknologien kan være både stasjonær og mobilt montert på skip, vogn eller annet transportmiddel. En robotbasert versjon av maskinen vil kunne spinne strukturer i verdensrommet, på store havdyp eller i andre ugjestmilde miljøer.

Teknologien kan skaleres ned til mikroskopiske dimensjoner og opp til produksjon av legemer med dimensjoner på flere meter.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for å fremstille et legeme (1) ved å spinne minst én tråd (5) eller ett bånd med en herdbar matrise på et kjerneelement (4), der tråden (5) eller båndet bæres av en spole (2) og spolen roterer i forhold til kjerneelementet/legemet (4/1) samtidig som spolen (2) forflytter seg i hovedsak i én bestemt lengderetning i forhold til legemet (1) slik at legemet (1) kontinuerlig blir trukket av kjerneelementet (4),karakterisert vedat det i tillegg til forflytningen i den bestemte lengderetningen utføres en frem- og tilbakerettet bevegelse mellom spolen (2) og kjerneelementet/ legemet (4/1) over en forutbestemt del av kjerneelementets/ legemets lengde (4/1), slik at tråden (5) eller båndet legges i det vesentligste fra legemets innerste overflate til dets ytterste overflate for å danne en 3-dimensjonal struktur.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat kjerneelementet (4) har en gjennomgående åpning i lengderetningen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat legemet (1) blir trukket av kjerneelementet (4) hvorved det blir produsert en ubegrenset lengde av dette, eller ved at kjerneelementet (4) beveger seg i en bestemt lengderetning hvorved det produseres et legeme av ubegrenset lengde.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat en kabel, et rør eller en bunt av kabler og/eller rør trekkes gjennom kjerneelementet (4) i samme hastighet som bevegelsen i den bestemte lengderetningen, eller ved at spolen (2) føres i kabelbuntens lengderetning hvorved et beskyttende lag spinnes rundt bunten.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat legemet (1) beveger seg i den bestemte lengderetningen og spolen (2) beveger seg frem og tilbake i forhold til legemet (1).

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4,karakterisert vedat spolen (2) beveger seg både i den bestemte lengderetningen og frem og tilbake i forhold til legemet (1).

7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat flere sneller (3) er anordnet på en spole (2) som roterer om legemet (1), der hver snelle (3) legger minst én tråd (5) eller ett bånd på legemet (1) i et 3-dimensjonalt flettemønster.

8. Fremgangsmåte for ifølge krav 1,karakterisert vedat legemet (1) spinnes på et kjerneelement (4) og trekkes av dette etter hvert som den eventuelt herder til formstabilitet, under dannelse av et rør, en beskyttelseshylse eller en forsterkende kappe av tråder (5) eller bånd med eller uten en herdbar matrise, idet en kabel eller et rør som skal beskyttes av legemet (1) trekkes gjennom kjerneelementet (4) samtidig som legemet (1) trekkes av kjerneelementet (4), slik at legemet blir liggende rundt kabelen eller røret over den lengden som skal beskyttes.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat en spole (2) med minst én snelle (3) for tråd (5) eller bånd roterer rundt kjerneelementet/legemet (4/1) og vikler tråd (5) eller bånd utenpå kjerneelementet/legemet (4/1) over en del av disses lengde.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat spolen (2) beveger seg frem og tilbake i kjerneelementets/legemets (4/1) lengderetning under spinningen av legemet (1) slik at tråden (5) eller båndet legger seg i en konisk form på legemet (1), slik at strekkreftene i en slik 3-dimensjonal struktur kan bli utnyttet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat tråden (5) eller båndet ved hver frem- og tilbakerettede bevegelse legges i det vesentligste fra legemets innerste overflate til dets ytterste overflate.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat den eventuelle herdbare matrisen er et lim som herder ved kjemiske reaksjoner eller ved en viss temperatur.

13. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat kjerneelementets (4) dimensjon og form kan endres under spinneprosessen, hvorved legemets (1) dimensjon og form vil endres tilsvarende.

14. Anordning for å fremstille et legeme (1) ved å spinne minst én tråd (5) eller ett bånd med en herdbar matrise på et kjerneelement (4), der tråden (5) eller båndet bæres av en spole (2) innrettet til å rotere i forhold til kjerneelementet/legemet (4/1) samtidig som spolen (2) forflytter seg i hovedsak i én bestemt lengderetning i forhold til legemet (1) slik at legemet (1) kontinuerlig blir trukket av kjerneelementet (4),karakterisert vedat spolen (2) også er innrettet til foreta frem-og tilbakerettede bevegelser over en begrenset lengde i forhold til legemet (1) under bygging, slik at tråden (5) eller båndet legges i skrå lag fra legemets (1) indre til dets ytre flate for derved å danne en 3-dimensjonal struktur.