DE1629614A1 - Einrichtung und Verfahren zum Herstellen fadenverstaerkter Kunststoffrohre auf einem Dorn - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. W. Kemp -λ^λ»-/ Köfn-Lindenthal 1623614 Stadtwaldgürfel 20-22 ' _β . , _„

1« September 1966

R 21 P 1

Anmelder: ROCK ISLAND OIL & REFINING CO. INC. ========_" 321 West Douglas, Wichita, Kansas /USA

Einrichtung und Verfahren zum Herstellen fadenverstärkter Kunststoffrohre auf einem Dorn

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Herstellen fadenverstärkter Kunststoffrohre auf einem Dorn sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Kunststoffrohre.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Kunststoffrohren mit hoher Festigkeit.

Es hat sich gezeigt, daß ein geschichteter Aufbau aus Verstärkungseinlagen, bspw. Glasfaserfäden, die im wesentlichen parallel und quer zur Rohrlängsachse verlaufen, bei der Herstellung von fadenverstärkten Kunststoffrohren eine hohe Festigkeit liefert. Die Fadeneinlage bei einer solchen gekreuzten Anordnung kann unmittelbar die in Richtung der Rohrlängeachse wirkenden Zugkräfte und ferner Druckspannungen auf die Rohrwandungen im wesentlichen quer zur Rohrlängsachse aufnehmen. ,„ - ⁴

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Die Zugfestigkeit kann nach der Erfindung dadurch vergrößert werden, daß die Fadeneinlagen in den Kunstharzmantel unter Spannung eingebettet sind. Die Spannung der in das ausgehärtete Kunstharz eingebetteten Fäden wirkt fortdauernd im Sinne eines Zusammenhalts des gesamten Rohres und wirkt damit jeder Kraft entgegen, die das Rohr zerstören will. Die Erfindung bezweckt insbesondere eine wirksame Vorspannung der Verstärkungsfäden innerhalb des Kunststoffrohrs, wenn die Kunststoffmasse des Mantels ausgehärtet wird.

Das Kunststoffrohr wird im Sinne der Erfindung auf einem drehbaren Dorn hergestellt. Die während des Herstellungsganges auf dem Mantel angebrachten Längsfäden laufen mit dem Dorn um. Wenn diese Längsfäden nur an ihren jeweiligen Enden im Bereich der Dornenden verankert sind, wirken auf den Mittelbereich der Längsfäden Zentrifugalkräfte ein. Diese Kräfte führen zu einer verstärkten Fadenspannung, zu einer Lockerung der Verankerung der Fadenenden und zu einer Störung des parallelen Verlaufs der Fäden.

Die Erfindung bezweckt eine Ausrichtung der Mittelabschnitte der Verstärkungsfäden gegenüber dem Dorn. Dadurch sollen die genannten, von Zentrifugalkräften herrührenden Schwierigkeiten

behoben werden. - »

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Demgemäß ist eine Einrichtung nach der Erfindung durch Leitelemente zum Aufspannen zahlreicher Verstärkungsfäden auf dem Dorn mit im wesentlichen gleichbleibendem Abstand von der ümfangsfläche desselben und im wesentlichen parallel zur Dornlängsachse_s durch Spannelemente für die Verstärkungsfäden und durch ein Abstandselement etwa im Mittelbereich der Längs verstärkungsfäden zur Festlegung des Abstands zwischen den Fäden und dem Dorn gekennzeichnet, damit sich nicht der Abstand der Verstärkungsfäden im Mittelbereich gegenüber dem Dorn während des Herstellungsgangs für das Rohr vergrößert.

Dadurchj daß man den Abstand der Verstärkungsfäden im Mittelbereich gegenüber dem Dorn festhält--and daß man die Spannung der Verstärkungs fäden auf einen vorgegeccii^n Wert fest einstellt ergeben sich Kunststoffrohre gleichförmiger Güte und mit großer Festigkeit.

Mit der Erfindung wird die Herstellung solcher Kunststoffrohre mit einem Größtwert der spezifischen Festigkeit erstrebt. Weiterhin kann man die Vorspannung der Längsfäden genau einstellen. Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt einen außerordentlich raumsparenden Aufbau und erlaubt eine Durchführung der verschiedenen Herstellungsschritte in kleinen Zeitabschnitten. Eine Einrichtung nach der Erfindung umfaßt einen drehbaren Dorn mit einem in einem Endabschnitt

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angebrachten Anschlag zur nachgiebigen Halterung eines Verankerungselements für die Längsfäden. Der Dornaufbau sitzt mit einem Endabschnitt in einer drehbaren Lagerhülse, die zu dem Zufuhr- und Spannteil der Einrichtung gehört. Mit diesem Spannteil lassen sich die zahlreichen Verstärkungsfäden, die in den Künstharzmantel eingebettet werden sollen, gleichmäßig und genau spannen. Der entgegengesetzte Endabschnitt des Dorns sitzt in einem Plansch eines Antriebs-'Schildes, das in dem gewünschten Abstand von der Lagerhülseaufgestellt ist.

Zahlreiche Glasfaserfäden laufen von Spulen ab und werden am Umfang eines konzentrisch auf dem Dorn sitzenden Verankerungsrings befestigt. Der Verankerungsring wird längs des Dorns verschoben, bis er nachgiebig in den ringförmigen Anschlag im Bereich der Antriebsgruppe einrastet. Mittels des Verankerungsringes wird ein schlauchartiger Aufbau aus parallelen Längsfäden gebildet, die als ümfangsschicht für den Dorn über denselben gezogen werden. Nach Bildung dieses Fadenschlauches werden die Fäden mittels eines drehbaren Spannrings gespannt. Derselbe nimmt die Fadenenden gleichmäßig auf und bringt den Verankerungsring in nachgiebige Anlage gegenüber dem Anschlag, der eine von dem Spannring weggerichtete Rückstellkraft erzeugt, bis die Fäden unter einer gewünschten Spannung stehen.

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Die gespannten Fäden laufen außer durch den Spännring auch durch einen feststehenden Führungsring mit öffnungen, der sich an die Lagerhülse für den Dorn anschließt und konzentrisch zu derselben liegt. Dieser Ring hält die Fäden zusammen mit dem Verankerungsring in Parallellage zueinander und in dem gewünschten Abstand gegenüber dem Dornumfang. Unter der Wirkung des Spannrings werden die zwischen dem Verankerungsring und dem Führungsring durchhängenden Fäden festgezogen und um einen Hülsenabschnitt aufgewickelt, auf dem der Verankerungsring gelagert ist. Der Hülsenabschnitt spreizt den Spannring auf, wie noch im einzelnen beschrieben wird.

Nachdem die Fäden in der gewünschten Welse gespannt sind, werden die Mittelabschnitte der-Längsfäden in einem Abstandsrlng auf dem Mittelteil des Dorns festgeklemmt. Dadurch wird ein Aufweiten des Mittelabschnitts des Fadenschlauches infolge der bei der Drehung des Dorns auf die Fadenlängen einwirkenden Zentrifugalkraft verhindert. Die Längsfäden werden dann mit Kunstharz getränkt und durch Schraubenwicklungen auf der Dornoberfläche festgebunden, wobei der Abstandsring weggenommen wird. Die auf diese Weise bei der Einbettung in einen Kunstharzmantel eines Rohrs gespannten Fäden ergeben eine ungewöhnliche Festigkeit, die ganz unerwartet ist, wie noch im einzelnen dargelegt wird.

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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Einzelbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der zugehörigen Zeichnungen. Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung eines fadenverstärkten Kunststoffrohrs,

Flg. 2 verschiedene abgebrochene Seitenansichten der Stufen der Faden- und Kunstharzaufbringung auf den Dorn während der fortschreitenden Herstellung des Rohrs,

Fig. 3 eine Seltenansicht In vergrößertem Maßstab mit dem Träger zur Mitnahme des Ankerrings bei der Einrichtung nach Figur 1,

Flg. 4 eine abgebrochene Seitenansicht eines halbfertigen Kunststoffrohrs auf einem drehbaren Dorn,

Fig. 5 eine abgebrochene Seitenansicht eines Endteils des Doms nach Figur 1 und

Fig. 6 eine vergrößerte, abgebrochene Seltenansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen zur Erläuterung des Anschlags für einen Ankerring einer Einrichtung nach Figur 1.

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Figur 1 zeigt im einzelnen eine Einrichtung zum Herstellen eines fadenverstärkten Kunststoffrohrs mit außergewöhnlich großen Festigkeitskennwerten. Es ist bereits an anderer Stelle vorgeschlagenj Glasfasern in Form unverzwiroter Glasfäden unter Spannung in einen Epoxyharzmantel einzubetten, wobei die Fäden im wesentlichen parallel und quer zur Mantellängsachse verlaufen₉ womit sich eine Überraschende Zug- und Druckfestigkeit des so hergestellten Rohres ergeben. Da die Fäden vorzugsweise unverzwirnt in Richtung der Längsachse des Rohres verlaufen«, nehmen sie Zugspannungen innerhalb des Rohres unmittelbar auf, ohne daß zwischen den Fäden eine Schneid- oder Scherwirkung eintritt, was auf die unverzwirnte Anordnung zurückgeht.

Die schraubenförmig, im wesentlichen rechtwinklig zur Rohrlängsachse verlaufenden Glasfäden nehmen unmittelbar die radial nach außen wirkenden Druckkräfte im Innenraum des Rohres auf, ohne daß eine Schneid- oder Scherwirkung zwischen den unverzwimten Fäden der Glasfasereinlage auftritt. Venn man die Fäden vor dem Aushärten des Kunstharzmantels, in den dieselben eingebettet sind, vorspannt, erhält man eine überraschende Festigkeit. Die unter Spannung befindlichen Längsfäden nehmen darüber die Schraubenwicklungen auf, wodurch die Bruchfestigkeit des Rohres beträchtlich gesteigert wird.

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Wenn man Glasfasern mit einer Zugfestigkeit zwischen 17 5oo

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kg/cm und 28 ooo kg/cm in vorgespanntem Zustand in Form einer homogenen Einlage mittels eines aushärtenden Epoxyharzes einbindet, ergeben sich für derart hergestellte Rohre Zugfestigkeiten, welche diese Rohre für Anwendungen geeignet machen, die bislang Metallrohren vorbehalten sind. Zudem sind solche Kunststoffrohre korrosionsbeständig gegenüber Flüssigkeiten, die in gewöhnlichen Metallrohren nicht fließen können. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohre sind somit ganz besonders geeignet, wenn eine Korrosionsbeständigkeit neben einer hohen Festigkeit erforderlich 1st.

Die in Figur 1 dargestellte Einrichtung baut sich aus einem Zufuhr- und Spannteil Io auf, der mit einem drehbaren Dornaufbau 12 verbunden ist. Der Dornaufbau ist auf der rechten Seite in eine Dornantriebsgruppe l*t eingeführt. Längs des Dornaufbaus 12 ist eine Wickel- und Kunstharzausgabeeinrichtung 16 verschiebbar angeordnet.

In Abhängigkeit von dem Verwendungszweck des fertigen Rohres ist die Anzahl der Schrauben- und Längsschichten der Fadeneinlagen verschieden. Wenn es hauptsächlich auf die Zugfestigkeit ankommt, muß die Anzahl der Längsfadenlagen genügend groß sein, damit man die gewünschte Zugfestigkeit erhält. Wenn andererseits das Rohr einen großen Innendruck aushalten muß, muß die

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Anzahl der Schraubenlagen genügend groß sein, um die gewünschte Druckfestigkeit zu liefern.

Während der Rohrherstellung wird ein Dorn, bspw. der Dorn 18, nach Figur 2, auf seiner Umfangsflache mit einem Trennwachs bestrichen. Das Trennwachs ermöglicht eine leichte Abnahme des fertigen Rohrs von dem Dorn.

Die erste Fadenlage, die normalerweise auf den Dorn aufgebracht wird, ist eine schlauchartige Lage von Längsfäden, bspw. in Form der Lage 21 in Figur 2. Die Lage muß sorgfältig auf den Dorn aufgebracht werden, damit alle Fäden unter der gewünschten Spannung stehen und parallel zur Dornlängsachse liegen. Sodann wird In einem Lauf mittels der Einrichtung nach Figur 1 Kunstharz über die Länge des Schlauches ausgegeben, damit die Fäden des Längsschlauches getränkt werden.

Nach Tränkung der Fäden bis zur Sättigung werden die Fäden des Schlauches 21, die zunächst in einem Abstand von dem Dornumfang gehalten waren, mittels einer Halte-Schraubenwicklung 22 mit Windungen in großem gegenseitigem Abstand nach Figur 2 in Anlage an die Dornumfangsfläche gebracht. Dabei muß man sorgfältig darauf achten, daß alle Fäden des Längsschlauches gleichen Abstand voneinander in Umfangsrichtung behalten, damit man eine gleichförmige Zugfestigkeit des Hohres erhält.

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Im Anschluß an die Aufbringung der Schraubenwicklung 22 wird eine enge Schraubenwicklung 24 aus Glasfaserfäden über die lockere Schraubenwicklung gewickelt, worauf wiederum Kunstharz in die enge Schraubenwicklung eingebracht wird, um die Fäden mit Kunstharz zu sättigen. Man kann nacheinander zwei enge Schraubenwicklungen aufbringen, wobei die zweite Schraubenwicklung trocken bleibt, da das in der ersten Schraubenwicklung aufgenommene Kunstharz normalerweise· in die Fäden der zweiten Schraubenwicklung einsickert und dieselben sättigt:

Sodann schreitet die Rohrherstellung in der vorgesehenen Weise weiter, bis die gewünschte Anzahl von Längslagen und Schraubenlagen durch Wiederholung der zuvor beschriebenen Verfahrensstufen aufgebracht ist.

Wie bereits gesagt, müssen die Längsfäden des Schlauches 2o unter Spannung gehalten werden, und auch die Fäden der Schraubenlagen müssen unter Spannung gehalten werden, damit man eine möglichst hohe Endfestigkeit des Rohres erhält, nachdem das Kunstharz ausgehärtet 1st.

Der Dornaufbau 12 nach der Erfindung ist am besten in den Figuren 1 und 5 zu erkennen und besteht aus einem Metalldorn 18, der zu einem an anderer Stelle beschriebenen Zweck längs, der Umfangsflache Löcher aufweist. Für die Benutzung wird der Dorn 18 mit einer Trennwachsschicht belegt, wie bereits in

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Verbindung mit Figur 2 erläutert, und an einem Ende in den Zufuhr- und Spannteil Io nach Figur 1 eingesetzt. Derselbe besitzt eine Führungshülse 2o, die das linksseitige Ende des Dorns 18 aufnimmt. Der Dorn nimmt bei der Drehung die Führungshülse 2o mittels einer Keilnut, einer Klemmschraube oder dergleichen mit. Die übrigen Elemente des Teils Io drehen sich nicht bei Umlauf des Dorns.

Das rechtsseitige Ende des Dornaufbaus 12 findet in einer Dornantriebsgruppe l4 Aufnahme, die mehrere Drehflansche 22 enthält, die am besten aus Figur 5 zu ersehen ist. Die Drehflansche werden über Antriebsketten 2k angetrieben, deren unterste unmittelbar von einem nicht därgesteX*.-^ Motor angetrieben wird. Man erkennt aus den Figuren 1 und 5_S daß die Antriebsgruppe 14 zum gleichzeitigen Antrieb mehrerer Dorne geeignet ist, wenn auch nur eine Dornanordnung im einzelnen dargestellt ist. Wenn die Antriebsgruppe Ik mit mehreren Dornen zusammenwirkt, benötigt man auch mehrere Zufuhr- und Spannteile Io, da für Jeden Dornaufbau 12 ein gesonderter Zufuhr- und Spannteil Io erforderlich ist.

Zu Beginn der Bildung einer Längsfadenlage 2o auf einem Dorn 18 unter Verwendung einer Einrichtung nach Figur 1 werden zahlreiche Glasfadenenden durch einen feststehenden Zufuhrring des Teils Io gezogen, der speichenartige Führungsstreben 28

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besitzt j damit die Fadenenden gegeneinander getrennt sind und einander nicht berühren. Die Fadenenden sind in der vorgesehenen Welse Über den Umfang des Zufuhrrings 26 verteilt, so daß möglichst wenig Verwicklungen zwischen den Fadenenden auftreten, wenn dieselben danach zwischen den Führungsstreben 28 hindurchgesogen werden.

Im Anschluß an die Führungsstreben 28 laufen die Fadenenden durch öffnungen im Umfangsteil eines drehbaren Spannrings 3o; der feststehende Führungsring 26 sitzt unverschiebbar auf der Rohrnabe 32.

Der Spannring 3o läßt sich auf der Rohrnabe 32 leicht drehen, wobei zur Erleichterung der Drehung auf den Umfangsabschnitten des Spannrings 3ο Handgriffe J>k sitzen. Man erkennt aus Figur 1, daß der Spannring 3o zwei konzentrische Reihen von öffnungen besitzen kann₉ wobei die jeweils benutzte Reihe von der Größe des jeweils hergestellten Rohres abhängt.

Nach Durchgang durch die öffnungen des Spannrings 3o werden die Fadenenden durch ein feststehendes Führungselement 36 gezogen, das einen Führungsring 38 mit großem Durchmesser umfaßt. Der Ring 38 ist ähnlich wie der Ring 26 aufgebaut, insoweit als er entsprechende speichenartige Führungsstreben zur Führung der Fadenenden beim Durchgang besitzt.

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Der Führungsring 38 des Führungselemente^ 36 1st durch Verbindungsbügel 42 in festem Abstand von einem Leit^iog ko mit ümfangsöffnungen gehalten« Die im wesentlichen Unförmigen Bügel sind einerseits mit den Umfangsabschnitten des Führungsrings 38 und andererseits mit dam Leitring ko verbunden. Das feststehende Führungselement sltst entsprechend dem Zufuhrring 26 fest auf der Rohrnabe 32 und ist gegenüfoop derselben unverschiebbar.

Im Anschluß an das Einfädeln der Glasfaden äu^eh den Zufuhr»· ring 26, den drehbaren Spanoring 3o und dl© bilden Ringe ö© Führungselements 36 werden die Fäden am umfang @in©s rungsrlngs 44 festgeklemmt _s der am beeton in Figui⁸ 3 s kennen ist. Figur 3 zeigt eine vergrößert® Ansieht d©s ankerungsrings 44 und der sugeliörigea Bauel©m@£iteo

Zu dem Verankerungsring 44 gehört eine Spannklemme, die leicht um den Umfang eines darunterliegenden festen Stütsrlngs 46 aufgesetzt werden kann, auf dessen Umfang eine Gummiauflage 48 zum Festklemmen der Fäden angeordnet ist. Die durch die verschiedenen Ringe des Zufuhr- und Spannteils geführten Faden enden 5o werden gleichmäßig verteilt auf den Umfang der Gummiauflage 48 aufgesetzt.

Ein äußeres Klemmelement 44 drückt die in Umfangsrlchtung verteilten Fadenenden 5o gegen die darunterliegend® nachgiebige

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ßümmiauflag© 48, wodurch die Fadenenden 5o zwischen dem Stützring 46 und dem Klemmelement 44 ©ingeklemmt werden. Mit Absshluß des Festkl©na©ns i?®i&h@n öl© dlasfäöen in horizontaler Richtung von d©ra Eufuhrring bis gü dem Verankerungsring 44 und können nunmehr ober äle Umfangefläehe des Doms 18 bewegt werden.

Die Bewegung des Yeranteerangsrings 44 längs des Dorns 18 kann mittels eines angelenkten Ringträgers 52 erfolgen. Der Ringträger kann an eiaem verschiebbaren Wagen 54 der Einrichtung 16 u±t%>@n_s öl© In Figur 1 dargestellt ist» Der Ringträger 52 beeitst Siak^nar-tig® Schenkel 56» die In einandergegenüberliegende Aug©ß 58 übe ¥©pankerungsrings 44 eingreifen können. Nach Eingreifen des Ringtragers 52 in den Verankerungsring 44 bewegt sich der Magen 54 längs des Dornaufbaus 12, wobei gleichzeitig mit der Bewegung des Verankerungsrings nach rechts bzgl. Figur der Längsschlauch 21 gebildet wird.

Der Verankerungsring 44 wird durch den Wagen 54 so weit verschoben, bis er über die in radialer Richtung vorgespannten Anschlagschenkel 6o eines nachgiebig angeordneten Anschlags 62 gleitet, der sich im reehtseitlgen Endbereich des Dornaufbaus 12 nach Figur 1 befindet. Nach Figur 6 besteht der Anschlag 62 aus einem im wesentlichen kegelstumpfförmigen Mantel 64 mit einem ringartigen Stirnteil 66, das auf einem Dornteil 68 mit, vermindertem Durchmesser aufsitzt, vgl» Figur 5. Der rechtseitige Endteil des Mantels 64 ist mit mehreren Verbindungsstegen ?o

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durch Schweißen oder in anderer Weise verbunden, deren ent- · gegengesetzte Enden einen Ring 72 halten, der auf dem Außenumfang des rechtseitigen Endteils des Dorns verschiebbar sitzt, vgl. Figur 5.

Innerhalb des Mantels 64 sind Über den Umfang verteilt Anschlagschenkel 6o schwenkbar gehalten. Jeder Schenkel 6o besitzt einen Längssteg 74, der mit einem Fußsteg 76 aus einem Teil besteht. Der Fußsteg 76 liegt in Wartestellung im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse des Dorns 18. Jeder Anschlagschenkel 6o ist um einen Bolzen 78 gegenüber der Fläche des Mantels 74 verschwenkbar, wobei der Bolzen 78 durch den Längssteg 74 reicht, der in Öffnungen 8o des Mantels 64 eingreift. Weitere Öffnungen 82 ermöglichen einen Durchgang der Fußstege 76. Jeder Fußsteg 76 ist nach Figur 6 zur Aufnahme eines Anschlagstifts 84 hohl ausgebildet, der am Unterende ein Federelement 86 aufweist. Das Federelement 86 liegt zwischen einer Beilagscheibe 88 am freien Stirnende je eines Fußsteges 76 und einer Anlageplatte 9o des Anschlagstifts 84. Die Beilagscheibe 88 verhindert ein Herausziehen des Fußsteges 76 aus der Öffnung 82. Die Anlageplatte 9o ist gegen die darunter liegende Aufnahmefläche des Dorns 18 vorgespannt.

Wenn der Verankerungsring 44 und die zugehörigen Bauelemente nach· Figur 3 mit den radial nach außen vorgespannten Anschlagschenkeln 6o in Eingriff kommen, gleitet der Verankerungsring 44 zunächst Über die radial nach außen geneigten Längsstege

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der Anschlagschenkel, Die Anschlagschenkel 6o werden dadurch nach innen gegen die Dornoberfläche gedrückt, bis der Stützring 46 und der Verankerungsring 44, zwischen denen die Fadenenden gehalten sind, über die Fußstege 76 der Anschlagschenkel gleiten. Dies macht sich durch ein Schnappgeräusch hörbar, wenn die Anschlagschenkel in ihre Ruhestellung nach Figur 6 zurückklappen. Danach ist der Stützring 46 der Anordnung nach Figur 3 mit dem Anschlag in Eingriff.

Der Stützring und die zugehörigen Bauelemente befinden sich dann in der in Figur 5 in gestrichelten Linien eingezeichneten Stellung, wo die Längsfäden 5o nunmehr gespannt werden können.

Zum Spannvorgang wird der drehbare Spannring 3o gegenüber der Rohrnabe 32, auf der er gelagert ist, gedreht. Der Verankerungsring 44 wird dabei fest gegen die Anschlagschenkel 60 des Anschlags 62 angezogen, wenn der Durchgang der Fäden zwischen dem Spannring 3o und dem Verankerungsring 44 verkürzt wird und wenn die Fäden um die Rohrnabe 32 des Teils Io aufgewunden werden.

Das Aufwinden des Spannrings kann entweder automatisch oder von Hand erfolgen. Wenn das Aufwinden automatisch erfolgt, muß ein Spannungsregelelement zwischen dem Stirnring 66 des Anschlags 62 und dem auf dem Dorn 18 im Anschluß an den Abschnitt 68 verringerten Durchmesser aufgezogenen Ring 92 vorgesehen sein.

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Zwischen dem aufgezogenen Ring 92 und dem Fußring 66 liegt eine Schraubenfeder 92, ggf. unter einem nachgiebigen Überzug 97, vgl. Figur 5. Wenn der Spannring 3o die Fäden 5o innerhalb des Schläuche 21, der den Dorn 18 umgibt, spannt, schiebt der Verankerungsring 44 den Anschlag 62 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 94₉ welche dem Anschlag eine von dem Teil Io nach Figur 1 weggerichtete Vorspannung verleiht. Der Spannring 3o wird gedreht, bis der Anschlag 62 auf die Schraubenfeder 94 eine Spannung der gewünschten Größe überträgt, die durch einen Dehnungsmesser oder durch Ermittlung von Hand bei der Verdrehung des Rings 3© ermittelt werden kann. Der Spannring 3o wi^d mittels eines Bolzens oder eines entsprechenden Sperrelements verriegelte Der Bolsen karia in die Handgriffe 34 längs des Umfange des Rings eingreifen» so daß in allen Längsfäden d@s Schlauches 21 ein© feste Spannung aufrecht erhalten wireL

Im Anschluß an das Spannen der Fäden wird jenseits des Leitrings 4o ein zweiter Verankerungsring 44a aufgesetzt, der die Fäden in der gewünschten Verteilung über den Umfang einspannt, wobei ein Ring und eine nachgiebige Auflage entsprechend den Teilen 46 und 48 nach Figur 3 Verwendung finden. Ein kleinerer Klemmring 45 über dem linken Endteil des Dorne 18 spannt die Fäden gegenüber einer Gummiauflage fest, die den Dorn dicht umschließt. Die zwischen dem Verankerungsring

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und dem Klemmring 45 verlaufenden Fäden werden dann durchgeschnitten, damit der Dorn 18 unabhängig von dem Teil Io gedreht werden kann. Der Verankerungsring 44a kann sodann in die Stellung des Rings 44 verschoben werden, wenn ein neuer Schlauch 21 aufgespannt werden soll. Wie bereits gesagt, wird nach Aufspannen des Schläuche 21 auf den Dorn 18 die Kunstharzausgabeeinrichtung 6o längs des Schlauchs 21 verfahren, wobei Kunstharz aus dem Rohr 96 ausläuft. Kunstharz und Härter, bspw. Epoxyharz und Trläthylentetramin, werden in den Oberteil des Rohres 9β durch die Düsen 98 eingefüllt, durch welche Kunstharz und Härfeep mittels entsprechender, an sich bekannter Pumpen ausgepreßt werden. Wenn mehl· als ein Rohr vorgesehen ist, erhält man eine Zwillingsanordnung 96a nach Figur 1.

Im Mittelteil des Schlauchs 21 wird auf einen mittigen Abstandsring loo ein Klemmring Io2 aufgesetzt, vgl. Figur 1, bevor der Dorn nach Spannung der Fäden des Schlauchs 21 In Drehung versetzt wird. Wenn sich der Dorn 18 dreht, wirkt auf die einzelnen Fäden des Schlauchs 21 die Zentrifugalkraft ein, die im mittleren Bereich des Schlauchs eine größte Aufblähung verursacht.

Wenn man den Mittelteil des Längsschlauchs 21 an den Abstandsring loo, der länge des Dorne 18 verschiebbar ist, mittels eines Klemmrings Io2 festhält, wird den auf die Längsfäden

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einwirkenden Zentrifugalkräften ein Widerstand entgegengesetzt. Zusätzlich wird die gewünschte Parallelausrichtung der Fäden des Schlauchs 21 gegenüber der Dornoberfläche erhalten.

Kein Faden kann sich an den gegenüberliegenden Enden lockern. Die Fäden kommen also mit darunterliegendem, unausgehärtetem Kunstharz und Härter auf der Dornoberfläche nicht in Berührung. Dadurch, daß die Fäden des Schlauchs 21 mit dem kunstharzbedeckten Dorn nicht in Berührung kommen, wird eine Verwirrung der Fäden in dem aushärtenden Kunstharz verhindert und die Ausrichtung der Fäden in der gewünschten Parallelanordnung erleichtert. Das bei bekannten Einrichtungen erforderliche Glätten der Fäden durch die Bedienungsperson beim Aufweiten des Mittelteils des Schlauches 2o durch die Zentrifugalkraft sowie weitere durch die Zentrifugalkraft bedingte Schwierigkeiten werden durch die Verwendung des Abstandsrings loo und des Klemmrings Io2 unterdrückt.

Im Anschluß an die Aufbringung des Kunstharzes und des Härters über die Länge des Schlauches 21 wird eine weitmaschige Schraubenwicklung 22 auf den Umfang des Schlauchs 21, der im Abstand von dem Dorn 18 liegt, aufgebracht. Die Schraubenwicklung 22 drückt die Längsfäden gegen die Dornoberfläche an und vergrößert die Fadenspannung noch mehr. Außerdem werden die Längsfäden des Schlauches 21 in der gewünschten parallelen Ausrichtung zur Längsachse des Dorne festgehalten,

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Figur 1 zeigt den Wagen 24 der Einrichtung 16 beim Aufbringen einer weitmaschigen Schraubenwicklung 22 auf den sich drehenden Schlauch 2I₉ wenn sich der Wagen 54 längs der Schienen I06 nach links bewegt. Die weitmaschige Schraubenwicklung 22 kann von einer Garnspule Uo abgewickelt werden, die drehbar auf dem Wagen 54 gehalten ist. Auf dem Wagen können sich ggf. mehrere Spulen Ho befinden, damit das Aufbringen von Schraubenwicklungen auf den Dorn 18 leichter möglich ist. Der Wagen 24 kann von einem Reversionsmotor angetrieben werden, der eine-Schraubspindel I08 antreibt, die durch den Wagen 54 hindurchreicht und in eine Leitmutter eingreift. Man kann auch einen anderen Antrieb für die hin- und hergehende Bewegung des Wagens 54 Über die Länge des Dornaufbaus 12 vorsehen.

Wenn die Festhalte-Schraubenwicklung 22 dem Abstandsring ioo nahe kommt, wird der Klemmring Io2 abgenommen und der Abstandsring Ioo wird längs des Dorns nach links in den Endbereich des Schlauchs in Anlage an den Verankerungsring 44a geschoben. Nach Figur 4 kommt der Abstandsring Ioo in zunehmendem Maße von den darüberliegenden Längsfäden 114 frei, wenn der Abstandsring gegen das linke Ende des Domes hin in die Nähe der Endwicklungen 112 verschoben wird, die auf den Längsschlauch 21 aufgebracht werden. Die Fäden il4 werden nach dem Festspannen des Schlauchs 21 und nach Verankerung desselben durch die Festhalte-Schraubenwicklung abgeschnitten; der Ring kann dann auf die Mitte des Dorns zurückgeschoben

werden, wenn ein weiterer Schlauch vorbereitet wird. „ ^ _.

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Im Anschluß an die Festhalte-Schraubenwicklung 22 wird eine engmaschige Schraubenwicklung 2k nach Figur 2 auf den Dorn aufgebracht. Nach Bildung der gewünschten Anzahl von Spiralwicklungeii 22 wird ein weiterer Längsgchlaueh 21 durch Verschieben des Verankerungsrings 44a über den Anschlag 62 auf den Dorn aufgewogen, nachdem zuerst der Verankerungsring 44 abgenommen ist* Der Ring 44 kann auf die Stege 7o nach Figur aufgeschoben werden, so daß ein neuer Verankerungsring 44a über die federgespannten Anschlagschenkel 6o gezogen werden kann, wodurch der nächste Klemmring 45 aufgespannt wird, wie in .Figur i dargestellt»

Die vorstehende Beschreibung läßt erkennen, daß alle Fäden des Längsschläuche 21 über die Läage des Dorns 18 eine jeweils vorgegebene gleiche Spannung erhaltsn«, Diese Spannung wird durch den Anschlag 62 nach d©r Erfindung ermöglicht, der in einer von dem Spannteil weggerichteten Richtung durch die Schraubenfeder 94 nachgiebig vorgespannt wird. Auch der erfindungsgemäße Abstandsring loo, der bei Drehung des Längsschlauches 21 während der Benetzung mit Kunstharz und Härter Anwendung findet, begünstigt die Einstellung einer maximalen Spannung in den einzelnen Fäden des Schlauches 21. Der Abstandsring loo stellt auch; sicher, daß die Fäden Jeder Schlauchlage 21 in der gewünschten Parallelanordnung gehalten werden.

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Der verdickte Hing 92, der als Anlage für die Schraubenfeder 9^ dient, besitzt ein® iaittlere Bingnut 93» welche mittels eines Messers ©in fflss©ImeMen der üfeer die Ringnut 93 verlaufenden Fäden erlaufet, ohne daß das Messer mit einer Metallfläch© in B®pSlii*tOTg-fe©Emfc. Bei» ling dient auch als Anzeigeelement sur IfefkieETOag dies jreeiii^eitigeii Endes des fertigen Rohres, damit dasselbe an der richtigen Stelle von dem Dorn abgelöst werden

Da der rechtes Von der Risagprat 93 befindliche Rohrabschnitt zum Yerselanitt UiM₅, auE nan sorgfältig darauf achten, daß alle

an dem Hing 92 beginnen. Im Anschluß an Aufbau des Hohres auf den Dorn 18 wird der jeweilige Doraamffeaii wem der Dornantriebsgruppe 14 gelöst, indem man die letztere vom dem Jeweiligen rechtsseitigen Endabschnitt äes D©Eas absieht, nachdem Jeder Dom auf eine entsprechende Auflage aufgestellt worden ist.

Nach Wegnahme der ^sitriefnsgruppe 14 wird der linksseitige Endabschnitt Jedes Borns aus der FQhrtingshülse 2o des Zufuhr- und Spannkreises Io herausgezogen. Der linksseitige Endabschnitt jedes Doms wird eföesas© durcti einen Ständer oder dergleichen während der nachfolgenden Herstellungsstufen getragen. Der Dornaufbau mit den äaraaf gebildeten Rohr wird sodann in eine Härtekammer eingestellt_s wo eine Endaushärtung des Kunstharzmantels des Rohres erfolgt, wobei die Holire bis zur vollständi gen Aisshärtung gedreht werisin, damit man eine gleichförmige Zusammensetzung und Hlrfce erhält. OIrSi86/ r~^ _0R]Gm'_AL

- 23 - 1. September 1966

Die ausgehärteten Rohre werden äann von dem Jeweiligen Dorn * abgezogen, worauf die Fertigbearbeitung in der gewünschten Weise erfolgt. Nach Herausnahme des Dornaufbaus 12 aus dem Zufuhr- und Spannteil Io und aus der Antriebsgruppe 14 kann jeweils ein neuer Dornaufbau in die Führungshülse 2o und die Antriebsgruppe 14 eingeschoben werden, worauf die Rohrherstellung in der beschriebenen Weise wiederholt wird*

Die vorstehende Besehreibung betrifft eine Einrichtung, die insbesondere zur Herstellung fadenverstärkter Rohre geeignet ist, bei denen die Längsfädenlagen eine maximale Spannung besitzen und bei denen die Spannungen der verschiedenen Fäden längs des Rohrumfangs gleich sind.

Obgleich die beschriebene Einrichtung aus vergleichsweise einfachen Bauelementen aufgebaut ist, erhält man Rohre mit ungewöhnlicher Festigkeit.

Bei der Durchführung von Druckversuchen und insbesondere von Durchtropfprüfungen mit faserverstärkten Kunststoffrohren nach der Erfindung zeigte sich eine überraschende Verbesserung der Rohrfestigkeit.

Bei der Durchführung der Versuche «urden jeweils 1,2-m-Proben aus dem Mittelbereich tttid den gegenüberliegenden Endbereichen'.

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des zu prüfenden Rohres ausgewählt. Die Stirnflächen der 1,2-m-Proben wurden dann abgeschlossen und einem zunehmenden hydraulischen Druck bei konstanter Prüftemperatur ausgesetzt, wobei jeweils in Abständen von fünf Minuten ein Druckanstieg

von 7kg/cm erfolgte. Sobald ein Wassertropfen auf der Oberfläche der Probe sichtbar wurde, wurde der Versuch beendet und der erreichte Druck, der durch ein Druckanzeigegerät angezeigt wurde, stellte den "Austropf"-Druck dar.

Bei Verwendung von Rohrstücken, die in der" beschriebenen Einrichtung hergestellt waren, und wo die Längsverstärkungsfaden jeweils in festem Abstand gegenüber dem Mittelteil des Dorns festgehalten waren, ergibt sich im Mittel eine Verbesserung des "Austropf"^-Drucks von über 2o Prozent gegenüber Proben, bei denen nicht festgehaltene Längsfäden im Mittelbereich des Dorns einer Aufwölbung ausgesetzt waren. Dieser merkliche Anstieg der Festigkeit stellt ein Zeichen für den erfinderischen Gehalt der beschriebenen Einrichtung dar.

Die obige Beschreibung erläutert die Verwendung von Glasfaserfäden bei Einbettung in Epoxyharz, was ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Man kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch andere Verstärkungsfäden, bspw. Nylon und Fäden aus anderen Kunststoffen verwenden. Auch andere härtbare Harze, wie bspw. Polystyren, können anstelle von Epoxyharz im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Verwendung finden.

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SAD

Claims (1)

- 25 - 1. September 1966 R 21 Pl Patentansprüche

1. Einrichtung zum Herstellen fadenverstärkter Kunststoffrohre auf einem Dorn, gekennzeichnet durch Leitelemente zum Aufspannen zahlreicher Verstärkungsfäden auf dem Dorn (18) mit im wesentlichen gleichbleibendem Abstand von der Umfangsfläche desselben und im wesentlichen parallel zur Dornlängsachse, durch Spannelemente (26, 3o_s 36) für die Verstärkungsfäden und durch ein Abstandselement (ioo, Io2) etwa im Mittelbereich der Längsverstärkungsfäden zur Festlegung des Abstands zwischen den Fäden und dem Dorn₉ damit sich nicht der Abstand der Verstärkungsfaden im Mittelbereich gegenüber dem Dorn während des Herstellungsgangs für das Rohr vergrößert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verankerungselement (Ί4) zur Halterung der Verstärkungsfäden Jeweils an einem Längsende sowie durch einen Anschlag (62) für das Verankerungselement in einem Endbereich des Dorns (l8), ferner durch ein nachgiebiges Rückstellelement (9¹O für den Anschlag zur Vorspannung desselben in Richtung auf das genannte Dornende hin und durch Spannelemente (26, 3o, 36) im gegenüberliegenden Endbereich des Dorns zum Anziehen des Verankerungselements (Ί4) mittels der Verstärkungsfaden an den Anschlag

(62) sntgegen der Wirkung des Rückstellelements. ^ — - »

00988671784 'md wuow*

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5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen drehbaren Dorn (18).

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Zufuhrelement (26) für die Verstärkungsfäden sowie durch radial nach außen vorgespannte Anschlagschenkel (6o) des Anschlags (62), über die das Verankerungselement nur in einer Richtung geschoben werden kann. .

5* Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente neben dem Zufuhrelement (26) einen Führungsring (36) mit Durchgängen für die Verstärkungsfäden, der axial auf das Verankerungselement ausgerichtet ist und zusammen mit demselben die Verstärkungsfäden in der gewünschten Lage gegenüber dem Dorn festhält, sowie einen zwischen Zufuhrelement und Führungsring angeordneten Spannring (3o) zum Verdrillen und Spannen der zwischen Zufuhrelement und Führungsring gelegenen Abschnitte der Verstärkungsfäden umfassen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Anschlag (62) einwirkende Rückstellkraft von dem Spannring (3o) weggerichtet ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines fadenverstärkten Rohres auf einem drehbaren Dorn mit zwischen den Enden des Doms aufgespannten, parallel zur Längsachse des Dorne mit im

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wesentlichen gleichbleibendem Abstand von der Umfangsfläche · des Doms angeordneten Verstärkungsfäden, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelbereich zwischen den Einspannenden der Verstärkungsfäden der Abstand gegenüber dem Dornumfang festgelegt wird und daß die Verstärkungsfäden unter Drehung des Dorns mit einem flüssigen, härtbaren Kunstharz gesättigt werden, wobei die Fadenspannungen und die Abstände zwischen den Einspannenden sowie dem genannten Mittelbereich so gewählt sind, daß bei der Drehung des Dorns die auf die Fäden wirkenden Zentrifugalkräfte zu keiner Berührung zwischen den Fäden und der Dornumfangsfläche führen.

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