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Wickeleinrichtung, insbesondere zum Wickeln von Masten od.dgl.
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aus glasfaserverstärkten Eunstharzmassen Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zum Herstellen von langgestreckten zylindrischen oder leicht konischen
Wickelkörpern, vor allem von Masten od.dgl., aus armierten, insbesondere glasfaserverstärkten
Kunstharzmassen, bestehend aus einem rotierenden Wickeldorn und einer längs an dem
Wickeldorn entlangbeweglichen Vorrichtung zum AuSbringen der Kunstharzmasse und
zum Umwickeln des Dorns mit dem strang- oder fadenartigen irmierungsmaterial.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist insbesondere für das Herstellen
von
leicht konischen, glasfaserverstärkten Masten für Straßenteleuchtungszwecke u.dgl.
im Wickelverfahren aus duroplastischen Kunststoffen, wie vor allem Polyesterharz,
bestimmt und wird im folgenden unter besonder Bezugnahme auf diesen bevorzugten
Anwendungsbereich beschrieben.
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Es ist an sich bekannt, Masten für Beleuchtungskörper im Wickelverfahren
aus glasfaserverstärktem Polyesterharz herzustellen. Dabei erfolgt das Wickeln des
Mastes auf einem rotierenden Wickeldorn in der Weise, daß Glasfaserrovings oder
schmale Bänder aus einer Mehrzahl von Glasfaserrovings zunächst durch ein Tränkbad
des Polyesterharzes hindurchgeführt und dann spiralförmig so auf den rotierenden
Wickeldorn gewickelt werden, daß die einzelnen Windungen innerhalb derselben Wickellage
in mehr oder weniger großem axialem Abstand voneinander liegen. Anschließend wird
in entgegengesetzter Richtung eine zweite Wickellage mit demselben Anstiegswinkel
so aufgebracht, daß sich die Windungen der übereinanderliegenden Wickellagen kreuzen.
Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis ein geschlossener, rohrförmiger Wickelkörper
mit der erforderlichen Wandstärke gewickelt ist. Durch dieses Kreuzwickelverfahren
wird eine gewebeartige Struktur der übereinanderliegenden Wickellagen erzielt Die
im Wickelverfahren aus glasfaserverstärktem duroplastischem Kunststoff hergestellten
Masten besitzen gegenüber vergleichbaren Masten aus Metall, wie Stahlrohr- oder
Aluminiummasten, eine verhältnismäßig große Biegeelastizität. Um dennoch eine ausreichend
große Biegefestigkeit zu erzielen, müssen
diese Masten mit einem
verhältnismäßig großen Wickeldurchmesser hergestellt werden.
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Die Erfindung geht von der Uberlegung aus, daß sich eine wesentliche
Verstärkung und Erhöhung der Biegesteifigkeit der Masten u.dgl. dadurch erreichen
läßt, daß in bzw. zwischen die spiraligen Wickellagen des aus einem schlanken Rohr
bestehenden Wickelkörpers sich in dessen Längsrichtung erstreckende Armierungen,
wie insbesondere Glasfaserrovings u.dgl. eingebettet werden, die in Umfangsrichtung
des Wickelkörpers in möglichst geringem Abstand nebeneinander und parallel zueinander
liegen und demgemäß die schräg zur Achsrichtung des Wickelkörpers verlaufenden spiralförmigen
Wickellagen und deren Glasfaserarmierungen überschneiden, Der Erfindung liegt dabei
die Aufgabe zugrunde, eine leistungsfähige Einrichtung zu schaffen, mit der sich
solche Wickelkörper in besonders wirtschaftlicher Weise herstellen lassen und die
in bevorzugter Ausführung so beschaffen ist, daß sich mit ihr beim Wickelvorgang
gleichzeitig sowohl die Längsarmierund als auch die spiralförmig grwirelte Armierung
einbringen lät.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß sie
mit einer Vorrichtung zum Zuführen von in Längsrich tung des Wickelkörpers verlaufendem
Armierungsmeterial versetzen int) die als einem im weentlichen synchron und in gleicbem
Drehsinn zu dem Wickeldorn drehbaren. in dessen Längsrichtung bewegbaren und das
zuzuführende Armierungs material aufnehmenden Drehkörper besteht Der Drehkörper
hat
vorzugsweise die Form einer Drehscheibe oder eines Ringkörpers, der den Dorn koaxial
umschließt und somit um dessen Mittelachse drehbar ist.
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Wird der Drehkörper beim Wickelvorgang so in Drehung versetzt, daß
er sich mit dem Dorn im gleichen Drehsinn und mit gleicher Drehgeschwindigkeit bewegt,
so wird das von dem Drehkörper ablaufende faden- oder bandförmige, zweckmäßig aus
lasfaserrovings bestehende Arm-ierungsmaterial längs über den Dorn gezogen, so daß
es nachfolgend von den spiralförmigen Wicklungslagen überdeckt und somit fest in
diese eingebunden wird. Dabei läßt sich die Anordnung so treffen, daß die Längsarmierung
unter einer gewissen Vorspannung in die spiralförmigen Wickellagen eingebracht wird.
Zu diesem Zweck können die Längsarmierungen über Führungselemente so von dem Drehkörper
auf den Wickeldorn geführt werden, daß die faden- oder bandartigen Längsarmierungen
sich zunächst in einem radialen Abstand von dem Dorn b»wo der unteren Wickellage
befinden, worauf dann beim Aufbringen der nächstfolgenden Wickellage die Längsarmierung
unter Vorspannung gegen die untere Wickellage gedrückt wird. Es empfiehlt sich,
an dem Drehkörper in dessen Umfangsrichtung verteilt eine größere Anzahl an Vorrats-
oder Zuführungselementen, vorzugsweise in Gestalt von Spulen oder Trommeln vorzusehen,
auf denen des Armierungsmaterial aufgewickelt ist und von denen es demgemäß im Betrieb
abgewickelt wird. Die Spulen oder Trommeln können hierbei frei drchbar an dem Drehkörper
gelagert sein, wobei die Anordnung jedoch vorzugsweise
derart getroffen
wird, daß sich die Spulen bzw.
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Trommeln beim Abziehen des Armierungsmaterials unter Uber-Windung
eines gewissen Bremswiderstands drehen, so daß das 1=nierungsmaterial beim Abziehen
von den Spulen od.dgl. unter einer mehr oder weniger großen Spannung gehalten wird,
die sich gegebenenfalls durch Linderung des Bremswiderstands ein stellen läßt.
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Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist der Drehkörper
z.B. mittels einer Sperrkupplung oder einer Bremse od.dgl., die von Hand oder auch
automatisch betätigt werden kann, gegen Drehung festlegbar. In diesem Fall kann
der Drehkörper zugleich auch zur Herstellung der spiralförmigen Wicklung des Armierungsmaterials
verwendet werden.
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Besonders zweckmäßig ist in diesem Zus w enhang eine Anordnung, bei
der mindestens zwei in Längsrichtung des Wickeldorns beweglich. und um die Wickeldornachse
drehbare Drehkörper für die Zuführung des Armierungsmaterials vorgesehen sind, Mit
diesen Drehkörpern läßt sich eine sehr große Anzahl an Längsfäden in den Wickelkörper
einbringen, so daß sich in diesem Prall Wickelkörper mit sehr hoher Biegesteifigkeit
herstellen lassen. Andererseits bietet diese Anordnung aber auch die Möglichkeit,
den einen Drehkörper zum Wickeln der spiralförmigen Windungen und den anderen Körper
zum Einziehen der Bingsfäden in die Wickellage zu verwenden. Wird hierbei die Anordnung
so getroffen, daß wahlweise der eine oder der andere Drehkörper gegen Drehung festgelegt
werden kann, während der
andere Drehkörper sich synchron zu dem
Wickeldorn dreht, so können die beiden Drehkörper bei der Entlangfahrt an dem Wickeldorn
in beiden Bewegungsrichtungen wechselweise zum Einziehen der Längsfäden und zum
Wickeln der Spiralwindungen dienen, wobei der Jeweils in Fabrtrichtung vorne liegende
Drehkörper die Längsarmierungen zuführt, während der dahinter liegende Drehkörper
diese Längsarmierungen umwickelt. Es empfiehlt sich, die Drehkörper auf einem gemeinsamen
Schlitten oder Wagen anzuordnen, der in beiden Richtungen längs am Wickeldorn entlangfahrbar
ist.
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Gemäß einer bevorzugten iusführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung
sind in der Längsrichtung des Wickeldorns hintereinander drei Drehkörper vorgesehen,
von denen sich zumindest die beiden äußeren Drehkörper gegen Synchrondrehung mit
dem Wickeldorn festlegen lassen, so daß im Betrieb zumindest der Jeweils in Fahrtrichtung
hinten liegende Drehkörper zum spiralförmigen Wickeln des irmierungsmaterials dient,
während zumindest der in Fahrtrichtung vorauslaufende Drehkörper, vorzugsweise zusammen
mit dem mittleren Drehkörper, zur Zuführung der Längsarmierung verwendet wird. Bei
dieser Anordnung lassen sich demgemäß in beiden Fahrtrichtungen des die Drehkörper
aufnehmenden Wagens oder Schlittens Längs fäden in den Wickelkörper einziehen und
zugleich die Längsfäden spiralförmig umwickeln.
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Wie erwähnt, werden als Armierung vorzugsweise Glasfaserarmierungen,
insbesondere Glasfaserrovings od.dgl. verwendet. Diese Armierungselemente können
in der üblichen Weise vor dem Aufbringen
auf den Wickeldorn bzw.
die unterste Wickellage desselben durch ein Tränkbad des Polyesterharzes od.dgl.
hindurchgeführt werden. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, an dem Schlitten
oder Wagen eine Sprüh- oder Spritzvorrichtung anzuordnen, mit der das Polyesterharz
od.dgl. unmittelbar auf die Jeweilige Wickelstelle aufgesprüht wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird zum Antrieb des Wagens
oder Schlittens sowie des bzw. der Drehkörper der Wickeldorn-Antrieb vorgesehen.
Uber diesen gemeinsamen Antrieb lassen sich die Linearbewegung des Wagens oder Schlittens
sowie die Drehbewegung des bzw. der Drehkörper so auf die Drehbewegung des Wickeldorns
abstimmen, daß die Spiralwindungen mit dem jeweils gewünschten Windungsanstieg gewickelt
und hierbei zugleich die Längsarmierungen tibe'r die mit dem Wickeldorn synchron
laufenden Drehkörper eingezogen werden.
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Anstelle von Glasfaserrovings oder Glasfasersträngen können gegebenenfalls
auch andere faden- oder band- bzw. strangförmige Verstärkungselemente, wie hochfeste
Fäden oder Drähte aus Nylon, Metall u.dgl. als Armierungsmaterial Verwendung finden.
Wie erwähnt, ist jedoch im allgeLie:en die Verwendung von Glasfasermaterial vorzu@iehen,
Der Wickelvorgang vollzieht sich in der Weise, daß in Hin- und Herlauf des Wagens
oder Schlittens @ehrere Wickellagen übereinandergewickelt werden, wobei sich die
Windungen der übereinanderliegenden Wickellagon überkrenzen. Die Anzahl der übereinanderliegenden
Wickellagen ist abhängig von der erforderlichen Wandstärke des Wickelkörpers.
Es
empfiehlt sich, zwischen sämtlichen Wickellagen Längsarmierungen einzubringen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Einrichtung schematisch dargestellt.
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Die dargestellte Einrichtung zum Wickeln eines Mastes weist einen
leicht konischen Wickeldorn 1 auf, der mit seinen beiden Enden in Ständern 2 und
3 drehbar gelagert ist. Am Ständer 3 ist der (nicht dargestellte) Drehantrieb für
den Wickeldorn angeordnet.
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Zwischen den beiden Ständern 2 und 3 ist in Längsrichtung des Wickeldorns
1 ein Schlitten oder Wagen 4 in beiden Bewegungsrichtungen linear bewegbar angeordnet.
Der Antrieb des Schlittens oder Wagens 4 erfolgt zweckmäßig von dem Antrieb des
Wickeldorns her, um die Linearbewegung des Wagens genau auf die Drehgeschwindigkeit
des Wickeldorns abzustimmen. Die Antriebsmittel sind in der Zeichnung nicht besonders
dargestellt, da hierfür antriebe herkömmlicher Art Verwendung finden können.
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An dem Wagen 4 sind in Längsrichtung des Dorns hintereinander drei
Drehscheiben bzw. Drehkörper 5 6 und 7 gelagert die den Wickeldorn ringförmig koaxial
umschließen und somit um die Achse des Wickeldorns drehbar sind. An jedem ringförmigen
Drehkörper sind eine größere Anzahl an Spulen oder Trommeln angeordnet, auf die
Glasfaserrovings aufgewickelt sind. Die Spulen 8 sind in gleichen radialen Abständen
von der Drehachse des Wickeldorns angeerdne sLe aind überdies in gleichen Winkelabständen
an
den einzelnen Drehkörpern gelagert und um horizontale Achsen drehbar, die parallel
zu der Drehachse des Wickeldorns 1 verlaufen. An Jedem Drehkörper können z.B.
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zehn bis zwanzig Spulen 8 vorgesehen sein. Während die beiden äußeren
Drehkörper 5 und 7 Jeweils nur auf ihrer außenliegenden Stirnseite mit Spulen 8
versehen sind, weist der mittlere Drehkörper 6 auf beiden Stirnseiten gleichachsig
zueinander angeordnete Spulen auf.
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Den einzelnen Spulen der drei Drehkörper sind Führungsorgane 9 und
10 zugeordnet, die ebenfalls an dem Wagen gelagert sind.
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Die Führungsorgane 9 des mittleren Drehkörpers bestehen aus Rollen1
während die Führungsorgane 10 der beiden äußeren Drehkörper aus z.B. ringförmigen
Führungselementen bestehen, die mit Fübrungsöffnungen 11 für die Durchführung der
von den Spulen 8 ablaufenden Glasfaserrovings 8' versehen sind.
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Die drei Drehkörper 5, 6 und 7 sind synchron mit dem Wickeldorn 1
drehbar. Der Antrieb der Drehkörper erfolgt zweckmäßig ebenfalls über den Drehantrieb
des Wickeldorns, um die Drehgeschwindigkeit der Drehkörper genau auf die Drehgeschwindig
keit des Wickeldorns abzustimmen.
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Die beiden äußeren Drehkörper 5 und 7 und gegebenenfalls auch der
mittlere Drehkörper 6 sind gegen Drehung feststellbar, was mittels einfacher mechanischer
Peststellvorrichtungen oder mittels Kupplungs- und Bremsvorrichtungen bewirkt werden
kann, die gegebenenfalls automatisch betätigt werden.
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Wenn sich der Wagen 4 z.B. in Fahrtrichtung a bewegt, so ist der Drehkörper
7 gegen Drehung festgelegt, während sich die beiden Drehkörper 5 und 6 mit demselben
Drehsinn und derselben Drehgeschwindigkeit drehen wie der Wickeldorn 1. Dies hat
zur Folge, daß die von den Spulen 8 der Drehkörper 5 und 6 ablaufenden Glasfaserrovings
od.dgl. 8' als liängsarmierungen über den Dorn hinweggeführt werden, da zwischen
dem Dorn und den Drehkörpern 5 und 6 keine Relativgeschwindigkeit vorhanden ist.
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Andererseits werden die von den Spulen 8 des Drehkörpers 7 ablaufenden
Glasfaserrovings 8 um den Wickeldorn und die längs über den Wickeldorn gezogenen
Längsarmierungen der beiden anderen Drehkörper spiralförmig gewickelt, da der Drehkörper
7 keine Drehbewegung ausführt und somit zwischen diesem Drehkörper und dem Wickeldorn
eine Relativbewegung vorhanden ist.
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An der Wickelstelle 12 werden daher die von den Spulen 8 der Drehkörper
5 und 6 ablaufenden Längsfäden der Glasfaserarmierung durch die von den Spulen 8
des Drehkörpers 7 ablaufenden Armierungsfäden fest eingebunden. Die Zuführung der
Sunstharz masse bzw. des Polyesterharzes erfolgt zweckmäßig unmittelbar an der Jeweiligen
Wickelstelle 12 mittels einer Sprüh- oder Spritzvorrichtung, die ebenfalls an dem
Wagen 4 angeordnet ist. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die von
den Spulen 8 ablaufenden Armierungselemente 8' durch ein Tränkbad einer Polyesterharzmasse
hindurchzuführen, bevor sie zu der Wickelstelle gelangen.
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Ist der Wagen 4 in seiner Wickelendstellung in Nähe des Ständers 2
angelangt, so kann mittels eines automatisch betätigten
Endschalters
die Bewegungsrichtung des Wagens in die entgegengesetzte Richtung, d.h. die Fahrtrichtung
b, umgesteuert werden. Zugleich wird der Drehantrieb des Drehkörpers 5 abgeschaltet
und dieser Drehkörper gegen Drehung festgelegt, während der Drehkörper 7 freigegeben
und über den Drehantrieb synchron zu der Drehbewegung des Wickeldorns angetrieben
wird. Bei der Bewegung des Wagens 4 in Fahrtrichtung b dienen daher die Drehkörper
6 und 7 zum Einziehen der Längsarmierungen, während der nun in Fahrtrichtung hinten
liegende Drehkörper 5 die Umwicklung der Längsarmierungen bewirkt. Es versteht sich,
daß sich bei dieser Fahrtrichtung die Wickelstelle in den Bereich des hinteren Drehkörpers
5 verschiebt und daß demgemäß an dieser Stelle eine gesonderte Vorrichtung zur Zuführung
der Kunstharzmasse auf die Wickelstelle vorgesehen sein muB.
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Durch mehrfaches Hin- und Rerfahren des Wagens 4 in den Fahrtrichtungen
a und b werden somit auf den Wickeldorn 1 mehrere Wickellagen mit zwischen diesen
eingebetteten Längsarmierungen gewickelt, wobei die Anzahl der Wickellagen gleich
der gewu''schten Wandstärke des Wickelkörpers ist, Ist der WicXelkörper fertiggestellt,
so werden die Glasfaserrovings 8' am Ende des Wickelkörpers abgeschnitten und es
kann dann der fertiggestellte Wickelkörper zur Aushärtung der Kunstharzmasse einer
Wärmebehandlung zugeführt werden bevor der Wickelkörper von dem Dorn abgezogen wird.
Bei Beginn des nächsten Wickelvorgangs werden die Glasfaserrovings 8 t Wickelanfang
des Dorns in geeigneter Weise, z.B. mittels mechanischer flittel
oder
durch Verkleben mit der Kunstharzmasse festgelegt, bevor der Wagen 4 zur Erzielung
der ersten Wickellage in Bewegung versetzt wird.
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Bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist es auch möglich,
den mittleren Drehkörper 6 zur Herstellung der Wickellagen heranzuziehen, wobei
dieser Drehkörper gegen Drehung um die Dornachse festgelegt wird. Weiterhin besteht
die flöglichkeit, im Bedarfsfall sämtliche Drehkörper 5, 6 und 7 zur Herstellung
der Wickellagen heranzuziehen, indem sie gegen Drehung festgelegt werden. Man erzielt
in diesem Fall einen Wickelkörper, der keine Längsarmierungen aufweist. Insgesamt
ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Wickeleinrichtung in ihrer Verwendung sehr
vielseitig ist und daß sich mit ihr das Wickelverfahren in unterschiedlicher Weise
und mit unterschiedlicher Anzahl der Längsarmierungen und der den Dorn spiralförmig
umgreif enden Ärmierungen durchführen läßt.