Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gewellten Schichtstoffbahnen aus Kunststoff und Maschine zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von gewellten Schichtstoffbahnen aus armiertem Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Polyesterkunstharz. Sie betrifft auch eine Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bekannte Maschinen, die dem gleichen Zweck dienen, haben als Vorrichtung zum Eindrücken der Wellungen in die Schichtstoffbahn zwei endlos in sich geschlossene Reihen von parallelen im Querschnitt teilweise oder ganz runden Stäben von gleichem Radius und gleicher Teilung wie die zu erzeugende Wellung. Das mit diesen Maschinen erhaltene Produkt weist aber viele eingeschlossene Luftblasen auf; ausserdem sind die Bahndicke und die Form der Wellungen in der Mitte der Bahn nicht gleich wie an den Rändern.
Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile. Sie beruht auf der Erkenntnis, dass, wenn die Formstäbe von Ketten so getragen werden, dass die Formstäbe höchstens eine minimale Durchbiegung erleiden, die Dicken- und Formgleichmässigkeit der Bahn über ihrer ganzen Breite gewährleistet ist.
Es hat sich ausserdem gezeigt, dass zweckmässig die Schichtstoffbahn in jedem Punkt ihrer in Behandlung befindlichen Teilstrecke auf mindestens einer metallischen Fläche der Formstäbe aufliegen sollte, zwecks Mässigung des exothermen Verlaufes der Polymerisation. Auch an der Verbindungsstelle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellungen soll die Bahn auf den Formstäben aufliegen; anstatt geradlinig zu sein, soll diese Verbindung im Längsschnitt der Bahn aus zwei stark gekrümmten Radien bestehen, damit sie unter dem Einfluss der der Bahn aufgezwungenen Spannung auch gut anliegt; damit wird eine bessere Dickengleichmässigkeit erreicht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von mit in Querrichtung liegenden Wellungen versehenen Schichtstoffbahnen, aus armiertem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bahn aus Fasermaterial zwischen zwei Walzen durchgelassen wird und dabei nicht nur mit herabfliessendem, hitzehärtbarem Kunstharz imprägniert, sondern auch zwischen zwei Bahnen von nichtporösem, flexiblem Material gelegt wird, die von gebremsten Zylindern abgenommen werden, welche letztgenannten beiden Bahnen die in Entstehung begriffene Schichtstoffbahn bei ihrem anschliessenden Durchgang durch eine mit einer Wellungsvorrichtung ausgerüstete Polymerisierkammer begleiten, um nach Erhärtung und Abkühlung der Schichtstoffbahn,
aber vor der Vornahme von Längs- und Querschnitten an derselben und vor ihrem Aufwickeln wieder von ihr abgelöst und aufgewickelt zu werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Maschine zur Ausübung dieses Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Polymerisierkammer angeordnete Wellungsvorrichtung zwei endlos in sich geschlossene Reihen von Formstäben und zwei Paare von über Kettenräder laufenden Gallschen Ketten aufweist, welche die Formstäbe tragen.
Anhand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Maschine darstellt, wird auch das erfindungsgemässe Verfahren erläutert.
Die Fig. 1, 2 und 3 gehören zusammen und zeigen schematisch im Längsschnitt Teile der besagten Maschine;
Fig. 4 ist ein teilweiser Querschnitt und zeigt die Lagerung einer Aufwickelspule;
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt der Behälter für den Imprägnierungskunststoff;
Fig. 5a ist eine Draufsicht auf diese Behälter in Fig. 5;
Fig. 6 ist ein Seitenriss von zwei Formstäben, und
Fig. 7 ist eine Frontansicht von vier aufeinanderfolgenden Formstäben mit den zugehörigen Kettengliedern.
In den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Teilen der Maschine wird das Verfahren generell wie folgt durchgeführt:
Eine Glasfasermatte 2 und Cellophan -Bahnen (eingetragene Marke) 3, 3' werden gemeinsam zwischen den Walzen 1, 1' hindurch geführt in Anwesenheit von zwei Kunstharzbeschichtungskeilen 5, 5', die aus dem Behälter 4 gespiesen werden; das so entstehende Zwischenprodukt durchläuft dann das Polymerisieraggregat 6 (Fig. 2), in dem es geformt und ausgehärtet wird.
In Fig. 1 ist mit 7 die Glasfasermattenspule 7 gezeigt, die auf einer Tragkonstruktion entweder in 9 oder in 9' angeordnet ist, damit während des Arbeitens jeweils das hintere Ende einer bei 9 plazierten Spule 7 mit dem vorderen Ende einer bei 9' plazierten Spule 11 verbunden werden kann. Das Verbinden der Enden erfolgt durch Kleben oder Nähen auf einem Tisch 12; wenn dieser Vorgang beendigt ist, wird der Tisch 12 weggenommen und durch Schwenken der Tragkonstruktion 11 um ihre Lagerung 10 um 1800 im Uhrzeigersinn die neue Spule an die Stelle der eben aufgebrauchten Spule gebracht. Auf diese Weise kann erheblich Zeit und Material gespart werden. Jedoch könnte auch in Aussicht genommen werden, der Maschine eine solche vorzuschalten, welche kontinuierlich die Glasfasermatte oder -bahn liefert.
Der Glasfaserbahn wird eine Zugspannung auferlegt durch die anschliessende Vorrichtung, in welcher diese Bahn zwei Zylinder 14, 14' umfährt, die auf einem um die Lagerstelle 15 schwenkbaren Rahmen 13 fest angebracht sind, wobei durch Ansetzen eines angemessenen Drehmomentes an diesem Rahmen die gewollte Zugspannung in der Glasfasermatte erzeugt wird. Der vom Zylinder 14' zum Spalt zwischen den Walzen 1, 1' laufende Teil dieser Matte sollte im wesentlichen in einer Vertikalebene gelegen sein.
Unmittelbar vor ihrer Ankunft bei den Walzen 1, 1' wird die Matte durch längliche Infrarotstrahler 17, 17'erwärmt, deren Heizleistung zwischen 300 und 1500 W pro Meter geregelt werden kann in Abhängigkeit von gewissen Grössen der Matte und auch von der Arbeitsgeschwindigkeit. Diese Infrarotbeheizung trägt viel zur Verhütung der Luftblasenbildung und zur Erziehlung einer guten Durchsichtigkeit bei, durch Eliminieren des stets an den Fasern anhaftenden Wassers und demzufolge Verbessern der Benetzbarkeit der Fasern; ausserdem wird die Faserbenetzung auch erleichtert, weil das Harz, das die Matte durchsetzen muss, durch die Wärme der eben beheizten Matte verflüssigt wird.
Die beiden Cellophan -Bahnen 3, 3' werden von den Vorratsspulen 18, 18' in ähnlicher Weise abgewickelt wie die Glasfasermatte, aber durch Bremsung dieser Spulen einer höheren Zugspannung unterworfen als die Matte, die Cellophan -Bahnen laufen dann auch über die Zylinder einer Spannvorrichtung 19 bzw. 19'. Da der Vorrat der Spulen 18, 18' sehr gross ist, bedarf es für das Verbinden der Enden nicht einer Vorrichtung mit Schwenkrahmen. Um ein perfektes Abwickeln der Bahnen 3, 3' zu gewährleisten, muss jede Exzentrizität und Durchbiegung der Spulen ausgeschaltet sein. Die Spulenkerne werden dater zweckmässig nicht nur aussen, sondern auch in der Mitte auf einer zugehörigen Achse 22 präzis gelagert, wie in Fig. 4 gezeigt.
Diese Achse trägt Gummiring 20, 20' 20", die axial komprimiert sind, und zwar 20, 20" durch die Muttern 21 bzw. 21' und 20' mittels der Distanzhülse 24. Diese Ringe dienen zugleich zur Bremsung und zur Lagerung des Spulenkernes.
In der Kammer 30, in welcher die Cellophan Bahnen in Anwesenheit von Luft zu den Walzen 1, 1' laufen, wird eine relative Luftfeuchtigkeit aufrecht erhalten, die derjenigen angeglichen ist, die bei der Vorbereitung der Spulen herrscht. Zur Ermöglichung des Korrigierens örtlicher Fehler, die etwa in Cello phan -Spulen vorkommen, sind zwei Stäbe 26, 26' vorgesehen, auf denen Infrarotlampen 27 bzw. 27' seitlich verstellbar fixiert sind.
Die Imprägnierung der Faserverstärkungszwischenlage erfolgt zwischen den Walzen 1, 1', die einen Durchmesser von 300 bis 400 mm haben, sehr steif gebaut und gegeneinander verstellbar sind. Ausserdem sind die Walzen inwendig wassergekühlt, damit auch bei Verarbeitung von raschhärtenden Gemischen bei Raumtemperatur gearbeitet werden kann.
Der Antrieb der Walzen 1, 1' erfolgt durch einen Elektromotor mit einer Drehzahl, die in Abhängigkeit der Arbeitsgeschwindigkeit des Wellungsapparates und mittels der Fühlvorrichtung 29 auch in Abhängigkeit der gewünschten Längsspannung regulierbar ist.
Die Länge der Walzen ist um ein weniges kleiner als die Breite der Cellophan -Bahnen 3, 3', damit diese Walzen nicht mit dem Kunstharz in Berührung kommen.
Das Kunstharz gelangt durch Kanäle 28 vom Behälter 4 zu den Imprägnierstellen. Der Behälter ist so gebaut, dass in ihm das Harz zubereitet und unter Vakuum entlüftet werden kann nach dem Mischen.
Am Auslass des Behälters ist nebst einem zum Zurückhalten etwaiger Fremdkörper dienender Filter auch ein geeigneter Abflussregulator angeordnet.
Zur Erreichung der bestmöglichen Imprägnierung sollten die Keile 5, 5' aus dem flüssigen Kunstharz beidseitig der dort abwärts laufenden Fasermatte so hoch sein wie nur möglich. Es ist deshalb unmittelbar über jeder der Walzen 1, 1' ein Kasten 34 bzw. 34' angeordnet; der untere Rand der Kastenseitenwände ist genau dem Walzenumfang angepasst und wird durch die Federn 32 an die Walzenmanteifläche angedrückt (Fig. 5). Die einander gegenüberliegenden Ränder dieser Wände sind durch einen biegsamen Balg 31 miteinander verbunden, der aus Material besteht, das im Kunstharz nicht löslich ist, z. B. aus Polyvinylalkohol. Der Balg ist unten durch eine Lederzunge 33 verlängert, zwecks Gewährleistung eines Abschlusses bis in die Nähe des Spaltes zwischen den Walzen.
Dies ermöglicht die Verarbeitung selbst von ziemlich dünnflüssigen Harzen, was für eine gute Imprägnierung vorteilhaft ist.
Die zwischen den Walzen 1, 1' sich bildende Schichtstoffbahn läuft anschliessend über eine gewisse Wegstrecke in horizontaler Richtung, bevor sie in die Polymerisationskammer eintritt. Sie läuft dabei über einen Inspektionstisch 35 hinweg, dessen aus Glas bestehende und eine geschliffene Oberfläche aufweisende Tischplatte von unten her gleichmässig beleuchtet wird. Es kann dort die Imprägnierung bequem kontrolliert werden. Auch dieser Tisch ist wie die Walzen 1, 1' um ein geringes schmäler als die Cello phan -Bahnen. Er ist an der Stelle 36 herabschwenkbar gelagert, damit er bei einem Bruch der Schichtstoffbahn weggenommen werden kann; er ist mit Walzen 37, 37'ausgerüstet, damit die Schichtstoffbahn nicht auf der Tischoberfläche gleiten muss.
Ein dem Tisch nachgeschaltetes Paar von in Laufrichtung der Bahn gegeneinander versetzten Ausbreitwalzen 38, 38' dient der Zuführung der gestreckten Schichtstoffbahn zur Berandungsvorrichtung 39. Wie bei Maschinen der Textilindustrie haben die Ausbreitwalzen je eine Doppelschraube mit Ursprung in der Walzenmitte. Diese Ausbreitwalzen drehen in solchem Sinne, dass allfällige Falten in der Bahn gegen die Ränder derselben bewegt werden. Die Berandungsvorrichtung 39 dient zur Verhinderung des Esit- weichens von Kunstharz an den Bahnrändern und bringt an den Rändern je ein gefaltetes Klebeband an.
Sie könnte aber anstatt dessen einfacher, aber mit weniger Sicherheit, die Ränder falzen oder genügend breite nichtklebende Cellophan -Bänder anlegen.
Die Polymerisationskammer 6 (Fig. 2), in welche die Schichtstoffbahn dann eintritt, ist in die drei unter verschiedener Temperatur gehaltenen Abteile oder Zonen 41, 42, 43 unterteilt. Diese Unterteilung ist wie folgt begründet. Zum ersten beruht sie auf der Erkenntnis, dass Transparenz und andere Eigenschaften des Schichtstoffes bei gradueller Erwärmung gewinnen. Zweitens ist es zweckmässig, die Apparatur 44, 44', die zur kontinuierlichen Wellenbildung dient und den weitaus teuersten Teil der Maschine bildet, nur in der Zone arbeiten zu lassen, in der sie wirklich gebraucht wird, nämlich in der mittleren Zone, in welcher der Stoff ausgehärtet wird.
Die erste Zone 41 dient nur der Vorwärmung; die zweite oder mittlere Zone 42 ist die eigentliche Polymerisationszone; die dritte, mit 43 bezeichnete Zone dient dem Nachhärten oder Tempern.
Die in jeder dieser drei Zonen herrschende Temperatur hängt im wesentlichen von der Art des ver arbeitenden Harzes und Katalysators ab. Für die meist verwendeten Polyesterharze, die mit 1 bis 2 /o Ben zoylperoxyd als Katalysator verwendet sind, beträgt die Temperatur in der ersten Zone zweckmässig 70 bis 800 C, in der zweiten Zone 80 bis 900 C und in der dritten Zone 95 bis 100"C. Am besten erfolgt die Beheizung der drei Zonen mit Heissluft, die in geschlossenem Kreislauf im Umlauf gehalten wird: Ansaugen durch den Ventilator 45, Erhitzen im Wärmeaustauscher 46 und Eintritt in die drei Abteile 41, 42 und 43, wobei die Anteile durch Klappen 47, 47', 47" verändert werden können.
Die Befeuchter 48, 48' gewährleisten in den Abteilen 41, 42 die unter Berücksichtigung der Cellophan -Schrump- fung geeignete Luftfeuchtigkeit und werden durch geeignete, in diesen Abteilen aufgestellte Regelorgane gesteuert. Die Temperatur der Heissluft wird durch einen Thermostaten geregelt, der an einer dem Wärmeaustauscher nachgeschalteten Stelle angeordnet ist. Die Temperaturregulierung in den einzelnen Abteilen erfolgt durch thermostatgesteuerte Zufuhr von Kaltluft mittels Ventilatoren 49, 49', 49" und spricht augenblicklich auf Änderungen an, die infolge der exothermen Natur des Polymerisationsprozesses eintreten könnten.
Im Abteil 41 läuft die Schichtstoffbahn über eine Anzahl von Rollen 50 in einer schwach gekrümmten Bahn, damit sicher jede Rolle trägt.
Die am Eingang und am Ausgang der Zone 41 angeordneten Walzenpaare 51, 51'bzw. 52, 52' sol- len ähnlich wie die Walzen 38, 38' die Bildung von Falten verhindern, was in Anwesenheit der trockenen Luft sonst befürchtet werden müsste.
Die in der Polymerisationszone 42 angeordnete Apparatur 44, 44' bildet in der Schichtstoffbahn Wellungen, wobei die Wellenberge und Wellentäler sich quer zur Laufrichtung der Schichtstoffbahn erstrecken.
Die Apparatur weist zwei endlos in sich geschlossene Formstabreihen 44 und 44' auf; jede dieser letzteren setzt sich zusammen aus den Formstäben 54, 54' und den dieselben tragenden Gallschen Ketten 55, 55' und 56, 56'; die Formstäbe sind, wie dies aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, an Zungen der Glieder dieser Ketten befestigt, welch letztere längs Führungsstäben 57, 57' und 58, 58' und über Kettenräder laufen. Diese sitzen auf leer mitlaufenden Wellen 59, 59' bzw. auf motorisch angetriebenen Wellen 60, 60'.
Die Führungsstäbe 58, 58' und die Lager der Wellen 59', 60' sind unbeweglich am Maschinengehäuse befestigt. Dagegen sind die Führungsstäbe 57, 57' und die Lager der Wellen 59, 60 an einem Schlitten befestigt, der mittels Schraubenspindeln in vertikaler Richtung verstellt werden kann, zwecks Ermöglichung der genauen Einstellung der Weite der Lücken zwischen aufeinanderfolgenden Formstäben.
Wie Fig. 7 zeigt, sind die Zungen der Kettenglieder je mit zwei Bohrungen 62, 62' versehen, in wel chen Bolzen 63, 64 lagern, welche gleichgerichtet an Ansätzen der Formstäbe befestigt sind; die Formstäbe können leicht durch seitliches Verschieben entfernt und durch solche mit anderem Wirkprofil ersetzt wer den, ohne dass weitere Demontagearbeiten notwendig wären.
Eine nichtgezeigte Vorrichtung von bekannter Bauart verhindert eine ungewollte Verschiebung der Formstäbe in ihrer Längsrichtung und somit ihr Ablösen von den sie tragenden Ketten. Letztere sind in Querrichtung der Maschine so angeordnet, dass die von ihnen getragenen Formstäbe unter den durch die Schrumpfung der Celiophan -Bahnen hervorgerufenen Betriebsbelastungen nur geringfügige Ausbiegungen erleiden. Die Lagerbolzen 63, 64 sind deshalb in einem Abstand beidseitig der Längsmittelebene angeordnet, der ungefähr drei Zehntel der Breite der in Herstellung begriffenen Schichtstoffbahn beträgt. Damit wird erreicht, dass letztere über ihrer Breite höchstens ganz geringfügige Dickenschwankungen aufweist.
Die Form des Querschnittes der Formstäbe hängt weitgehend von derjenigen der Wellenlinie, welche die Schichtstoffbahn nach erfolgter Behandlung im Längsschnitt bilden soll. Damit aber die bei der exotherm verlaufenden Polymerisation entstehende Wärme in angemessenem Masse abgeführt wird, soll die Schichtstoffbahn im ganzen jeweils in Aushärtung befindlichen Abschnitt ohne örtliche Unterbrechung auf einer metallischen, wärmeabführenden Fläche aufliegen; das Profil der Formstäbe ist entsprechend zu bestimmen.
Soll beispielsweise die Wellenlinie aus Kreisbogen und geraden Verbindungslinien bestehen, so sollen die Formstäbe die Schichtstoffbahn auch in den diesen Verbindungslinien entsprechenden Teilen tragen; deshalb setzen sich diese Verbindungslinien zweckmässig aus zwei Kreisbogen mit grossem Radius zusammen, damit die Schichtstoffbahn dank ihrer Längs spannung auch auf diesen schwächer gekrümmten Formstabflanken aufliegt.
Damit wird eine bessere Dickengleichmässigkeit in Längsrichtung erreicht.
Die Formstäbe sind in der Hauptsache zweckmässig aus gezogenem Blech hergestellt, könnten aber tiefgezogen oder anderswie hergestellt sein.
Die Wellen 60, 60' sind durch einen drehzahlregelbaren, elektromotorischen Antrieb mit solcher Geschwindigkeit anzutreiben, dass die Zeit, die ein bestimmter Schichtbahnteil braucht zur Durchwanderung jedes der drei Abteile zwischen 15 und etwa 60 Minuten, verändert werden kann.
In der Aushärte- oder Temperungskammer 43 läuft die Schichtstoffbahn über Kränze von Rollen 53, 53', wobei die Teilungen der Rollen die gleichen sind wie diejenigen der Wellungen der Schichtstoffbahn und wobei die Umfangsgeschwindigkeit dieser Kränze die gleiche ist wie die Durchlaufgeschwindigkeit der gewellten Schichtstoffbahn, damit diese keiner mechanischen Beanspruchung mehr ausgesetzt ist, solange sie noch nicht ihre maximale mechanische Festigkeit erreicht hat.
Nach dem Austritt aus der Kammer 6 läuft die Schichtstoffbahn während 2 bis 3 Minuten in Umgebungsluft zwecks Abkühlung, und wird dabei von zwei synchron mit den Rollenkränzen 53, 53' ange triebenen Rollenkränzen 61, 61' getragen (Fig. 3).
Sie kommt in den Wirkbereich von Randbeschneidungsvorrichtungen. Diese weisen je eine motorisch angetriebene Trennscheibe 65 auf, die samt dem zugehörigen Schutzdeckel 67 von einem heraufschwenkbaren Arm 66 getragen wird. Der Schutzdeckel 67 ist als Staubabsaugung ausgebildet und ist ebenso wie eine unter der Arbeitslage der Trennscheibe angeordnete Staubabsaugung 68 mit einem Staubabsaugventilator 69 verbunden.
Es folgt dann die Vorrichtung zur Ablösung und Rückgewinnung der Cellophan -Bahnen, bestehend aus den beiden Befeuchtern 70, 70', den Rollen 71, 72, 73 und 71', 72', 73' und den durch Reibkupp lungen angetriebenen Aufwickelvorrichtungen 74, 74'.
An diese Vorrichtung schliesst sich ein Inspektionstisch 75 mit geschliffener und von unten her beleuchteter Tischplatte an, auf welcher eventuelle Materialfehler, Breitenabweichungen und Wellenteilungsfehler festgestellt werden können. Zur Vornahme von genau quer verlaufenden Trennschnitten, eventuell zur Ausmerzung von fehlerhaften Abschnitten, ist eine Vorrichtung bekannter Art vorgesehen, bei welcher ein eine Trennscheibe 76 antreibender Elektromotor 77 auf einer Querschiene 78 hin und her fahrbar ist, die in Laufrichtung der Bahn bewegt wird, wobei die Bewegung jeweils mit der Geschwindigkeit erfolgt, die die Bahn besitzt.
Das fertige Produkt wird auf einer mittels einer Reibkupplung angetriebenen Trommel oder sonstigen Vorrichtung 79 aufgewickelt.
Bei der Durchführung des Verfahrens kommt als Armierung wohl in erster Linie eine Glasfasermatte in Frage, sodann aber Bahnen oder Matten von andersartigen, natürlichen oder künstlichen Fasermaterialien, wie z. B. Papierbahnen oder Bahnen aus feinen Drahtnetzen oder -geweben.
Die am meisten verwendeten Kunstharze sind die linearen, ungesättigten Polyester und die auch Polyesterkunstharze genannten, polymerisierbaren Monomere; es kann aber jedes Kunstharz in Frage kommen, das unter der Einwirkung eines geeigneten Katalysators undloder von Wärme ohne Abgabe flüchtiger Produkte und ohne Anwendung von Druck polymerisiert.