DE2025915B2 - Verfahren und Vorrichtung zum orientierten Verteilen von als Verstärkungsmaterial dienenden Glasfasersträngen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum orientierten Verteilen von als Verstärkungsmaterial dienenden, aus endlosen Glasfasern bestehenden Glasfasersträngen auf einer Unterlage zur Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffteilen bzw. von mit Kunststoff zu tränkenden Glas- ⁶S faservorformlingen.

Bei der Herstellung von mit Glasfasern verstärkten Teilen aus Kunststoff besteht das Problem, die verstärkenden Glasfasern so in den Kunststoff einzubringen, daß die Fasern beim Gebrauch der Kunststoffteile auf Zug beansprucht werden. Bei der Herstellung von kompliziert geformten Teilen müssen Vorformlinge hergestellt werden, dis im wesentlichen aus Glasfasern bestehen und in einer Form mit Kunststoff getränkt werden. Für die Herstellung der Vorformlinge ist es bekannt, die Glasfasern mit einem Schneidwerk in kurze Stücke von 2,5 bis 4 cm Länge zu zerteilen und die kurzen Faserstücke an ein gelochtes Blech anzusaugen, dessen Form der gewünschten Form des Vorformlings entspricht. Um dem Vorformling einen gewissen Zusammenhalt zu geben, wird auf die Fasern ein Festiger aufgesprüht. Bei diesem Verfahren muß also ein Schneidwerk für die Zerteilung der Fasern vorhanden sein. Wegen der relativ kurzen Faserstücke ist die spezifische Festigkeit eines Kunststoffteils wesentlich geringer als bei Verwendung von zusammenhängenden, z. B. aufgewickelten Fasern oder bei Verwendung von Gewebebahnen aus Glasfasern. Es läßt sich auch nicht vermeiden, daß ein Teil der kurzen Faserstücke nicht wie gewünscht auf das Lochblech gelangt. Es ist deshalb auch bei der Herstellung von Vorformlingen erwünscht, lange Glasseidenspinnfäden oder Glasfasern orientiert zu verlegen.

Bei der Verbindung eines Behälterbodens mit einem Behältermantel ist es bekannt, ein aus Glasfasern bestehendes gewebtes Band auf die Verbindungsstelle zwischen Behältermantel und Behälterboden aufzulegen. Gewebte Bänder aus Glasfasern sind verhältnismäßig teuer. Ferner werden bei der Herstellung von Teilen aus faserverstärktem Kunststoff in großem Umfang Glasfasermatten verwendet, die aus nicht miteinander verwebten Glasseidespinnfäden bestehen. Wenn die Glasfasereinlage eine Verstärkung gegen Beanspruchungen in bestimmten Richtungen bringen soll, werden Glasfasergewebe verwendet, bei denen die Glasseidespinnfäden in einer bestimmten Hauptrichtung orientiert sind. Die Lagerhaltung großer Gewebe und auch das Aufbringen der Gewebe sind umständlich und damit teuer und zeitraubend.

Bekannt ist eine Vorformmethode der eingangs genannten Art (H. Hagen »Glasfaserverstärkte Kunststoffe« 1961, S. 377 bis 353, insbesondere S. 352 und 353), bei der endlose Glasseidespinnfäden auf die Vorform aufgebracht werden. Durch einen scharfen Luftstrom soll der Glasfaserstrang aufgelöst werden. Mit diesem Verfahren werden die Glasseidespinnfäden oder auch Glasfasern nicht orientiert verlegt; vielmehr entsteht durch das Auslösen ein Wirrfaservlies. Aus diesem Grund ergeben sich bei diesem Verfahren ähnliche mechanische Werte wie mit anderen Vorformmethoden. Ein Auflösen des Glasfaserstranges kommt dadurch zustande, daß zwischen die einzelnen Glasseidespinnfäden des Stranges Luft gelangt, die die Fäden sozusagen auseinandertreibt. Da die einzelnen Fäden sehr dünn und, bezogen auf die Längeneinheit, sehr leicht sind, ist ein orientiertes Verlegen eines so aufgelösten Stranges nicht möglich, zumal auch noch die Glasseidespinnfäden teilweise in Glasfasern aufgelöst werden.

Es ist ferner bekannt (DT-OS 19 47 346), in kurze Stücke zerschnittene Glasfasern gleichzeitig mit Harz auf eine Unterlage aufzusprühen. Hierzu ist aus der genannten Druckschrift eine Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Bilden eines axialen Strahles aus Stücken von Glasfasern und mit Einrichtungen zum ringförmigen Spritzen des Harzes bekannt. Mit einer solchen Vorrichtung ist ein orientiertes Verlegen von Glasfa-

sern nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, mit dem ein orientiertes Verlegen der Glasseidespinnfäden bzw. Glasfasern möglich ist, ohne daß Gewebe verwendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Glasfaserstrang in Glasseidespinnfäden aufgeteilt und in möglichst breiten und flachen Schlaufen auf die Unterlage aufgebracht wird.

Bei diesem Verfahren bleiben die Glasseidespinnfäden bzw. die Glasfasern nach dem Auflösen des Glasfaserstranges im wesentlichen zusammen. Die Glasseidespinnfäden sind in Richtung der Schlaufen orientiert verlegt, wodurch hohe Festigkeitswerte der Werkstükke erreicht werden, obwohl an Stelle teuerer Gewebebahnen nicht verarbeitetes und deshalb wesentlich billigeres Glasfasermaterial verwendet wurden. Beim Auftragen der Glasfasern auf ein Lochblech wird gegenüber dem konventionellen Verfahren, bei dem kurzgeschnittene Fasern auf das Lochblech aufgetragen werden, der Vorteil gewonnen, daß kein Schneidwerk gebraucht wird und daß die gesamte Fasermasse auf das Blech aufgetragen wird, so daß keine Verluste eintreten.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Herstellung eines Behälters aus vorgefertigtem Boden und Mantel die Glasseidespinnfäden in breiten und flachen Schlaufen auf die Verbindungsstelle zwischen Boden und Mantel aufgebracht. In diesem Fall werden also an Stelle des Auflegens eines teueren Gewebebandes auf die Verbindungsstelle sozusagen Glasseidespinnfäden bzw. Glasfasern aufgespritzt, wobei die Fäden bzw. Fasern mit einer bestimmten Hauptrichtung verlegt sind, nämlich parallel zur Achse des Behältermantels. Dieses Auftragen wird vorteilhafterweise automatisch durchgeführt.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens werden bei der Herstellung eines Behälters nach dem Fadenwickelverfahren die Glasseidespir.nfäden in Längsrichtung auf den sich drehenden Wickelkern zusätzlich zu den aufgewickelten Fäden aufgebracht. Auf diese Weise werden zwischen die auf den Wickelkern aufgewickelten Glasfaserstränge in Längsrichtung des herzustellenden Behältermantels orientierte Fasern eingebracht. Durch Überwickeln werden diese Fasern gut festgehalten. Man vermeidet also in diesem Fall das Aufbringen vorbereiteter Gewebe auf den Wickelkern.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geht aus von einer Vorrichtung, bestehend aus einem Rohr, einem Zugang zum hinteren Ende des Rohres für die Einführung eines Glasfaserstranges sowie einem Druckluftanschluß, der mit dem Inneren des Rohres kommuniziert und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine sich zur Mündung hin verbreiternde Schlitzdüse aufweist und daß nahe bei der Düsenöffnung in der Mitte der Breitseite der Düse weitere Lufteintrittsöffnungen angeordnet sind.

Der Eintritt von Luft in der Mitte der Breitseite der Schlitzdüse bewirkt, daß der Glasfaserstrang mit hoher Frequenz in der Schlitzdüse hin- und hergeschleudert wird. Dieser Effekt läßt sich wie folgt erklären. Wenn sich der Glasfaserstrang in einer Hälfte der Düse befindet, strömt die Luft in der freien Hälfte der Düse unbehindert, d. h. mit großer Geschwindigkeit, aus, wodurch der Druck kleiner ist als in der anderen Düsenhälfte, in der sich der Strang befindet. Der relative Überdruck :n Be

auf der gefüllten Seite der Düse bewirkt eine Bewegung des Stranges auf die vorher leere Seite der Düse. Die Strömungsgeschwindigkeit auf der nunmehr fre^: gewordenen Seite nimmt zu, so daß ein Druckgefälle W-. entgegengesetzter Richtung besteht und der Strarif wieder auf die Seite geworfen wird, auf der er sich vorher befunden hatte. Diese Vorgänge wiederholen sieb mit sehr hoher Frequenz. Der Ablauf kann U dtr< Auge nicht verfolgt werden. Optisch erscheint ein breites Band.

Durch das Hin- und Herwerfen des Faserstranges in der Schlitzdüse wird ein zu stärket Eindringen von Luft zwischen die Glasseidespinnfäden und die Glasfasern und damit ein Auseinandertreiben des Faserstranges vermieden. Hierdurch erreicht man auch, daß die Fäden bzw. Fasern des Stranges nicht wesentlich aufgelöst werden. Die aus der Vorrichtung austretenden Fä den bzw. Fasern sind im wesentlichen glatt gestreckt, wodurch das orientierte Verlegen bequem möglich ist.

Weitere Einzelheiten der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 bis 7 definiert.

In der Zeichnung sind Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Ansaugen und Auflösen eines Glasfaserstranges, F i g. 2 einen Schnitt nach Linie U-II in F i g. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Herstellen eines Vorformlings und

Fig.4 ebenfalls in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Behältermantels.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 besteht im wesentlichen aus einem äußeren rohrförmigen Körper 1, einem in diesem Körper angeordneten Düsenrohr 2, einer Einlaufdüse 3, einer Austrittsdüse 4 und einem Luftzuführungsrohr 5.

Der äußere Körper 1 ist ein Rohr mit einem Boden 6, in dem sich eine Gewindebohrung 7 befindet. Auch das vordere Rohrende ist bei 8 mit Gewinde versehen. Das Düsenrohr 2 ist in seinem hinteren Bereich 9 im Querschnitt kreisförmig. Das Düsenrohr 2 geht im Bereich 10 in einen ovalen Querschnitt über. In der Austrittsdüse sind seitliche Lufteintrittsöffnungen 11a und 1 If) vorgesehen. Die Düsenöffnung 12 ist schlitzförmig, wie dies aus F i g. 2 zu ersehen ist und erweitert sich zur Mündung hin.

Die Einlaufdüse 3 ist als Schraube ausgebildet und ist an ihrer Eintrittsstelle bei 13 abgerundet. Das vordere Ende 14 der Einlaufdüse ist konisch ausgebildet und greift in die hintere Öffnung des Düsenrohres 2 ein. Zwischen der Kegelfläche und dem Düsenrohr verbleibt ein Ringspalt 15, der je nach Einschraubtiefe der Einlaufdüse 3 enger oder weiter ist oder auch ganz geschlossen werden kann. Das Luftzuführungsrohr 5 ist seitlich an den Körper 1 angeschlossen und mündet in den Ringraum 16, der zwischen der Außenseite des Düsenrohrs 2 und der Innenseite des rohrförmigen Körpers 1 vorhanden ist.

Wenn über die Einlaufdüse 3 ein Glasfaserstrang 17 zugeführt wird, wird er durch den Luftstrom mitgerissen, der im Düsenrohr 2 entsteht. Der Luftstrom entsteht infolge der Einführung von Druckluft durch das Zuführungsrohr 5. Die Druckluft tritt entsprechend dem Pfeil 18 durch den Ringspalt 15 und entsprechend dem Pfeil 19 durch die Lufteintrittsöffnungen 11a. 11b ein. Durch die Saugwirkung des Strahles wird der Glasfaserstrang 17 mit hoher Geschwindigkeit mitgerissen. Er wird in seine einzelnen Glasseidespinnfäden und

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zum Teil auch in Glasfasern aufgelöst, wobei der Glasfaserstrang in der Schlitzdüse hin- und hergeworfen wird, wie dies bereits beschrieben wurde.

Die Anlage gemäß F i g. 3 zur Herstellung eines Vorformlings hat ein Lochblech 20, das an einem Ring 21 befestigt ist. Der Ring 21 ist drehbar gelagert, was durch Unterstützungsrollen 22 und einen Elektromotor 23 angedeutet ist, der über ein Antriebsrad 24 den Ring 21 antreibt. Unterhalb des Ringes 21 ist ein Trichter 25 angeordnet, von dem eine Saugleitung 26 zur Saugseite 27 eines Gebläses 28 führt

Zur Anlage gehört ferner die Pistole 29, die entsprechend den F i g. 1 und 2 ausgebildet ist und einen Druckluftanschluß 30 aufweist. Außer der Pistole 29 für das Aufteilen des Glasfaserstranges ist eine Pistole 31 vorgesehen, mit der ein Festiger auf den herzustellenden Vorformling aufgesprüht werden kann. Über dem Blech 20 befindet sich eine Heizvorrichtung 32.

Bei der Herstellung eines Vorformlings, hier eines Wölbbodens, wird ein Glasfaserstrang 33 aus einer Innenabzugsspule 34 abgezogen. Der Glasfaserstrang wird über eine öse 35 geführt Der Glasfaserstrang wird, wie dies an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben ist, durch den Luftstrahl aufgelöst und auf das Lochblech 20 aufgetragen, das während des Auftragens rotieren kann. Durch Absaugen von Luft durch die Löcher 36 im Lochblech 20 wird eine gute Haftung der Glasseidespinnfäden bzw. der Glasfasern auf dem Lochblech erzielt. Auf die auf dem Lochblech verlegten Glasseidespinnfäden bzw. Glasfasern wird mit der Pistole 31 ein Festiger aufgesprüht. Durch Beheizen mit der Heizvorrichtung 32 wird der Festiger zum Erstarren gebracht, so daß der Vorformling formstabil ist.

Bei der Weiterverarbeitung des Vorformlings wird dieser in bekannter Weise in eine Form eingelegt und in dieser Form mit Kunststoff getränkt.

In F i g. 4 ist das Aufbringen von in Längsrichtung

ίο eines Behältermantels verlaufenden Fasern dargestellt. Ein Behältermantel wird im Wickelverfahren dadurch hergestellt, daß auf einen Wickelkern 37 aus parallel zueinander verlaufenden Glasfasersträngen gebildete Bänder 38 aufgewickelt werden, die zuvor durch ein Kunststoffbad 39 gezogen und dadurch mit Kunststoff getränkt wurden. Das Aufwickeln kommt infolge Rotation des Wickelkerns 37 in Richtung des Pfeils 40 zustande. Mit Hilfe einer Pistole 29 wird aus einer Spule 34 ein Glasfaserstrang abgezogen und dabei durch eine

öse 35 geführt und die Glasseidespinnfäden dieser Glasfaserstränge werden auf den Wickelkern aufgetragen. Die Glasseidespinnfäden werden unmittelbar nach dem Auftrag vom aufgewickelten Glasfaserstrangband 38 fixiert, wenn entsprechend F i g. 4 die Zuführung der Glasseidespinnfäden des Glasfaserstranges 33 an der Zuführungsstelle des Glasfaserstranges 38 zur Wickeltrommel 37 vorgenommen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum orientierten Verteilen von als Verstärkungsmaterial dienenden, aus endlosen Glasfasern bestehenden Glasfasersträngen auf einer Unterlage zur Herstellung von Glasfaserverstärkten Kunststoffteilen bzw. von mit Kunststoff zu tränkenden Glasfaservorformlingen, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserstrang in Glasseidespinnfäden aufgeteilt und in möglichst breiten und flachen Schlaufen auf die Unterlagen aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Behälters aus vorgefertigtem Boden und Mantel die Glaseidespinnfäden in breiten und flachen Schlaufen auf die Verbindungsstelle zwischen Boden und Mantel aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Behälters nach dem Fadenwickelverfahren die Glasseidespinnfäden in Längsrichtung auf den sich drehenden Wickelkern zusätzlich zu den aufgewickelten Fäden aufgebracht werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einem Rohr, einem Zugang zum hinteren Ende des Rohres für die Einführung eines Glasfaserstranges sowie einem Druckluftanschluß, der mit dem Inneren des Rohres kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) eine sich zur Mündung hin verbreiternde Schlitzdüse (12) aufweist und daß nahe bei der Düsenöffnung in der Mitte der Breitseite der Düse weitere Lufteintrittsöffnungen (Ha, llö) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise in einem äußeren rohrförmigen Körper (1) ein Düsenrohr (2) angeordnet ist und in den Ringraum (16) zwischen dem Düsenrohr (2) und dem äußeren Körper (1) eine Luftzuführung (5) mündet und daß ein Ringspalt (15) vom Ringraum (16) in das Innere des Düsenrohres (2) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das hintere Ende des äußeren Körpers (1) eine mit dem Düsenrohr (2) fluchtende Einlaufdüse (3) für den Glasfaserstrang (17) eingesetzt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufdüse (3) relativ zum äußeren Körper (1) in ihrer Längsrichtung verstellbar,

z. B. verschraubbar ist und mit einem sich verjüngenden vorderen Ende (14) unter Bildung eines Ringspaltes (15) in das Düsenrohr (2) mündet.