Verfahren zur Herstellung mindestens längsgerichtete Verstärkungseinlagen aufweisender Werkstücke aus Kunststoffen
Es ist bekannt, dass die Eigenschaften bochpolymerer Stoffe durch Verstänkumgaeinlagen aller Art verbessert und insbesondere die Festigkeitseigenschaften erhöht werden können. So sind glasfaserverstärkte Kunststoffe entwickelt worden, die z. B. durch Rovings, d. h. durch in Längsrichtung von Rohren, Stangen, Profilen oder dengleichen verlaufenden Glasseidenstränge verstärkt sind.
Die Verstärkung wirkt sich dabei in einer wesentlichen Verbesserung der Zug-, der Biege-und der Druckfestig- keiten sowie der Kerbschlagzähigkeit aus, die gegen über dem nicht verstärketen Kunststoff enheblich höhere Werte annehmen.
Kunststoffe solen jedoch nicht nur mit Hilfe endlos durchgehender, d. h. strangförmiger Verstänkungseinlagen, sondern auch in Querrichtung zu dieser Längs- richtung verstärkt werden. Zu diesem Zwecke hat man bereits Veratärkungseiinlagen aus Glas, Asbest, Txtilien, auch aus. Nylon oder Perlons, sowie aus metallischen Drähten in verhältnismässig kurze Abschnitte, die für den Fall der Verwendung natürlicher oder synthetischer Fasern mit den Feaserlängen übereinstimmen, zerschnitten, bzw. es werden die natürlichen Fasern benutzt.
Diese Fasern oder die zu kürzeren Teilen zerschnittbenen Ver- stärkungseinlageni werden dabei, zumeist mit Hilfe eines Luftstromes in einie Vorform emgssaugt, die auf diese Weise beflockt wird. Anschliessend wird der so hergestellte Vorfonmling mittels eines Bindemittels befestigt und hiernach mit Kunststoffen getrxonkt, die nach idem Pressen des Werkstückes in die gewünschte Form aushärten. Bei dernartigen Werkstücken liegen die kurzen Verstärkungsfasern regellos im Kunststoff in Stellungen, die sich bei der Herstellung des Vorformlings zufällig ergeben haben.
Bei einem weiteren, bekanntgewordenen Verfahren zum Herstellen von Rohren und Fitlings bedient man sich eines Dornes, auf den mit Harz imprägnierte Glasbeweb e oder Bänder aufgewickelt werden, die hiernach gehärtet werden. Das Wickelverfahren hat den Nachteil, dass es nicht kontinuierlich durchgeführt werden kann, weil der Dorn nach Herstellung einer bestimmten Länge jeweils aus dem Werkstück herausgezogen wer denmuss.
Bei einem anderen, prinzipiell in gleicher Weise durchgeführten, bekannten, Verfahren werden zwischen verschiedenen, nacheinander aufgebrachten Wickellagen längsverlaufende Glasstmnge an die Wände des Dornes und parallel zur Rohrachse angelegt.
Es ist weiterhin bekannt, wie bereits einleitend dargelegt, endlose Verstärkungseinlagen in Form der genannten Glasfäden, Glasseidenstränge, Textilfäden, aus Textilstoffen hergestellten Garnen, Zwirnen, KOrdeln, Litzen, Bändern, Seilen, Zöpfen und in anderen textilen Bildungsformen von Strängen sowie aus natürlichen und synthetischen Fasern in den Zwischenraum zwischen einem Kern und einem Mantel einzuführen und gleichzeitig Kungtharz durch Pressschnecken dem erwähnten Zwischenraum zuzuführen, so dass es zur Bildung von als Hohlkörpern ausgeführten Werkstücken und dazu kommt, dass diese Werkstücke in Längsrichtung verstärkt sind, Hier fehlt jedoch die Querarmierung, die den Werkstücken erst die erforderliche Festigkeit gibt.
Diese Querarmienung fehlt auch bei einem weiteren Vorschlag, nach welchem in eine Pressdüse ein rohr eingeführt ist, das durch einen Kern mit einem konischen Auslauf gehaltert ist. Der Kern ist von einem Mantelstüek unter Bildung eines. Zwischenraumes um- schlossen, das zur Zuführung von Kunstharz dient.
Das Rohn weist Sicken auf, in denian dünnere Rohre liegen, die zur Zuführung von faden- oder drahtförmigen Verstärkungseinalgen dienen. Das Rohr endet kurz nach dem konischen Auslauf des Kernes vor dem engsten Teil der Pressdüse und das gleiche ist bei den dünnenen Rohien zur Zuführung den stragfrörmigen Verstärkungseinlagen der Fall, so dass auf diese Weise Rohre aus Kunststoffen, insbesondere Kunstharz, mit fadenoder drahtförmigen Einlagen erzeugt werden. Im Wessn dieses Verfahrens liegt es, dass die Verstärkungsein- lagen nur an der Oberfläche der erzeugten Kunstharzrohre liegen, während die inneren Rohrteile sowohl in Längs-als auch in Que ; rrichtung unarmiert verbleiben.
Demgegenüber ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem nicht nur die Kunststoffwerkstücke mittels Strangs aus. endlos durch- gehenden VerstärkungseinlagenausgesteiftStind,sondern vor allem die erwähnte Querarmienung dadruch ver wirklicht wird, dass weiters Verstärkungseinlagen eine von der Längsrichtung des Werkstückes abweichende Lage besitzen.
Ausgehend von Verfahren zur Herstellung mindestens längsgerichtete Verstärkungseinlagen aufweisender Werkstücke. aus Kunststoffen mitteis. Strangpressen, wo- beidielängsgerichtetenVerstärkungseinlagenmittels parallel zur Werkstückslängsrichtung und im Verhält- nis zueinander parallel verlaufender Rohre zugeführt wenden und der Kunstoff üver einen eine Pressdüse umgebendenRingraumzugeführtwird,kennzeichnet sich das vorgeschlagene Verfahren erfindungsgemäss da durch,dass dem Kunststoff vor der Zuführung zur Pressdüse weitere Verstärkungseinlagen zugesetzt werden und dem Kunststoff sowie diesen weiteren Verstärkungs einlagem zunächst eine zur Längsachse des.
zu erzeugen- den Werkstückes parallele und anschliessend eine radiale Richtung bis zur Einführung in die Pressdüse enteilt wicd. Das Verfahren führt deshalb zu dem gewünschten Erfolg, weil der die weiteren Verstärkungseinlagen aufweisende Kunststoff über eine solche Wegstrecke hin in zur Werkstückachse paralleler Richtung bewegt werden kann, dass dte weitenan VerstäEkungsainlagen eine zur Strömungsnichtung parallele Lage einnehmen. Dabei ist es nicht erforderlich,. dass die Verstärkungsiein- lagen in verhältnismässig kurze Lämgsabscbnitte zer- legt sind.
Beispielsweise machen geschmeidige Ver stärkunfgsainlagen in Form von Fäden oder Strängen aus textilem Gut die Riohtungständerungen, die ihnien in Durchführung des erfindungsgemäss vorgeschlafgenen Verfahrens aufgezwungen werden, ohne weiteres mit, während das bei metallischen Drähten nicht ohne weiteres der Fall ist. In diesen Fällen, ist es-also zweckmässig, die weiteren Verstärkungseinlagen in Form eine endliche Länge aufweisender Stücke oder in Form von Fasern aller Art einzuführen.
Das Verfahren kann in der Weise ausgeübt werden, dass der die wetteren Ver- stärkungseimagon. aufwaisende Kunststoff aus. einem den Werkstückquerschnitt mit Abstand umgebenden, zur Werkstückachse parallel verlaslfeniden Ringspalt zu- nächst in Richtung zentripetal zur Werkstückachse zur letztenen hin und anschliessend sowohl axial als auch äquidistant zum Werkstückumfang abgelenkt wird, so dal3 die n quer zur Werkstücklämgsachse verlaufen.
Durchgehende Verstärkungseinlagen können dabei unter Vorspannung gehalten werden, wobei insbesondere'die läogsgerichteten Verstärkungsem- lagen in Betracht kommen, aber auch die weiteren Verstärkungseinlagen, wenn diese die erwähnte Geschmeidigkeit und Nachgiebigkeit. aufweisen.
Beim Überngang des die weiteren Verstärkungsein- lagen ! aufweisenden Kunststoffes, aus einem im Quer- schnitt verhältnismässig grossen Zuführungskanal in den wesentlich eugeeren und etwa im rechten Winkel hierzeu verlaufenden Ringspalt ergeben sich Strömungsverhält- nisse in dem fliekenden Kunststoff, die eine Ausrich tmg des grössten Teils der weiteren Verstärkungseinlagen in Strö. mungsrichtung zur Folge haben. Es ist Bestgestellt worden, dass bei ausreichender Länge des genannten Rmgspalts der grösste Teil der im Kunst- stoff enthaltenen Verstärkungseinlagen die gewünschte Vororientierung einnimmt.
Da dem Ringspalt anschlie ssend eine Richtungsänderung in Richtung zur Werk stüoksachse bin erteilt wird, nähern sich die im Kunst- stoff enthaltenen Verstärkungseinalgen in im wesent lichen querlietgender Richtung der eigentlichen Press- düse, aus der der fertige Formkörper in Achsrichtung ausgestossen wird. Da die Richtungsänderung in die Pressdüse hinein im wesentlichen überngangslos erfolgt, behält der weitaus überwiegende Teil der in der ge nannten WeisequerliagendindieDüsehineinigelagten Verstärkungscinlagen diese im nunmehr gebildeten Werkstück gewünschte Stellung bei.
Nach dem erfin- dunigsgemässen Verfahren gelingt es somit auf über raschende und. ausserordentlich einfache Weise, vorzugs- weise für den Fall des Auftretens der Verstärkungseinlagen in Form von jeweils eine endliche Länge auf weisendejB!Abschnitten,baispielsweise in Form von Fasern, diese zunächst völlig ragellos in der Kunst stoffmasse'enthaltenen Fasern durch sinnvolle Wahl des Strömungs.
weges für den'Kunststoff in zu den Werk stückbegrenzungsfläcben im wesentlichen äquidistanten Lagen zu orientieren, so dass sie sich mit dan in Längs- richtung durchgehend angeordneten Verstärkungsein- lagen etwa rechtwinklig kreuzen.
Es tritt also bei einem kreisrmgförmigen Querschnitt, wie er bei einem Rohr auftritt, eine periphere und, unter Berücksichtingung der stets vorhandenen, axialen Verliagemmgskomponente, eine schraubengangfönmige Verteilung der Vestärkungseinlagen ein, die won den Rovings igekreuzt wird, die ihrerseits parallel zu Mantellinien des Rohres verlaufen ; in gleicher Richtung können sich andere Einzelfasern wieder in Längsrichtung des Rohres oder des Werk- stückes überhaupt einordnen. Weiterhin kann die Orien tieruntg der Fasern noch durch Anbringuntg von Schikanen im Fliesskanal dem erwünschten Zwecke ent- sprechend beeinflusst werden.
Die Vorrichtunig zur Durchführung des erfindungs- gemäss vorgeschlagenen Verfahrens kennzeichnet sich . ausgehend von, Anordnungen mit einer Pressdüse, der 'der Kunststoff über einen ringförmigen Kanal zuge- führt wird und in der parallel zur Werkstücklängsachse und zueinander angeordnete Rohre zur Einführung endlos durchgehender Verstärkungseiinlagen münden, dadruch dass der ringförimiige Kanal einen zur Werkstück- achse parallelen, im Verhältnis. zu den übrigen Durch- flussquerschnitten der Strangpresse engen Abschnitt und einen sich in Fliessrichtung des Kunststoffes anschlie ssenden, nadialen, nach innen verlaufenden Abschnitt aufweist, der in einer Prekdüse einemündet.
Damit die in Längsrichtuog'angeordneten, durch- gehenden Stränge aus Verstärkungseinlagen, die von der Rückseite her in die Düse eingeführt werden, beim Zusammentreffen mit. dem die weiteren Verstärkungs einlagen!aufweisenden'Kunststoffnichtnachinnen zu einem einen Werkstüokhohlr.
aum bestimmenden Kern hin verlagert werden, sondern innerhalb des Querschnittes der Wand des fertigen Werkstückes an den dafür vorgesehenen Stellen liegen,sind vorteilhaft im Bereich der Einmündung des radial nach innen gerich teten Abschnitts des Ringkanals in den Düsenhohlraum achsparaillele Führungen für die längsverlaufenden, durchgehenden und endlosen Stränge aus Verstärkungs einlagen'amgeordtiet.'DurchentsprechendeAnordnung der genannten Längsführungen im Verhältnis zu idem zwischeneinemKern.undeinemAussenringderDüse verbleibenden Hohlraum ist es möglich, massive und Hohlkörper beliebiger Querschnitte, auch unregelmässig geformter Querschnitts, herzustellen,
wobei die in Längsrichtung verlaufenden endlosen Verstärkungs strängs wiederum den späteren Beanspruchungen ent- sprechend in einzelnen Bereichen dichter als in anderen Bereichen nebeneinander angeordnet sein können und wobai auch hinsichtlich des Schemas, nach welchem die Verstärkungsstränge in den Querschnitt der Werkstücke, beispiels. weise einer Hohlkörperwand eingebettet sind, jede denkbare Freiheit besteht.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei zur Längsbewehrung des zu erzeugenden Werkstückhohlkörpers Rovings, d. h., Stränge aus Glasfasern und zur Querbewehrung Stücke aus solchen dienen.
Eszaigen :
Fig. 1 eine Strangpresse zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im senkrechten Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt durch Fig. l nach der Linie II-II deir Fig. 1 mit teilweiser Stinansicht,
Fig. 3 einen-gebrochenen Schnitt nach Linie ie III-III der Fig. 1 mit teilweiser Stirnansicht,
Fig. 4 eine schematisierte Darstellung des Ausichtvorgangs der Verstärkungsfasern beim Fliessen durch die Pressvornichtung,
Fig. 5 Teilquerschnitte durch zwei fertige Werkstücke und
Fig. 6 die Gesamtanordnung.
Die in Fig. 1 nargestellte Strangpressvorrichtung, deren Bauteile zum Zwecke des erleichterten Austauschs und der besseren Wartung baukastenartig zusammengesetzt sind, bestcht im wesentlichen. aus einem, hohl- zylindmschen Einsatz 1, durch dessen längsverlaufende Ausnehmung ein den Hohlraum eines fertigen Werkstücks bestimmender Kern 3 unter Belassung eines Ringspaltes hindurchgeht. An der freien Strnfläche des Einsatzes l ist ein Deckel 2 befestigt, dessien eine mittlere Öffnung ungebenden Kanten abgerundet sind.
Am gleichen Ende das Kerns 3 ist eine Scheibe 4, die ebenfalls abgerundete Kanten. aufweist, befestigt. Die auf disse Weise gebadete, etwa trichterförmige Öffnung dient zur Einführung in Längsrichtung des Werkstückes verlaufender Verstärkungsstränge, die durch Ausnehmungen 6 eines Formstückes 5 hindurch in Führungsrohre 8 zur Düse 10 hin-und durch die Düse 10 durchgeführt sind.
Die Fübrungsrohre 8 sind in dem den Kern 4 umgebenden Ringraum mittels eines weiteren Ringstückes 7 und eines Abschlussriinges 9 in der vorge sehenen Stellung gebalten ; die Führungsrohre 8 sind weiter bis in die Düse 10 hinein um die Abschnitts'14 zu einem später noch erläuterten Zweck verlängert.
Der zu verpressende, Verstärkungaeinlagen in Form von. Fasern oder Faserstücken enthaltende Kunststoff wird durch den Kanal 11 unter Druck zugeführt. Zur Druckenzeugung können Extruder oder Pressen mit einem oder mehreren Presskolben Verwendung finden.
Der Kanal M geht in einen die Längsausnehmung der Vorrichtung im Abstand umgebenden Ringspalt 12 mit einer durch Erfahrung festliegenden Länge desselben über. Der Ringspalt 12 ist im Querschnitt wersentlich enger als der kanal 11, so, dlass, am Eingang eine Drosseloder Stauwirkung im zugeführten Kunststoff auftritt.
Dies hat zur Folge, dass sich dem Kunststoff zugemischte Verstärkungseinlagen im Spalt 12 im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Kunststoffes in diesem Abschnitt einstellen.
Dar Ringspalt 12 geht anschliessend in einen zentri- petal zur Werkstückachse hin führenden, also im wesentlichen radial verlaufenden Abschnitt 13 über, der s'omit innenrhalb des Düseneinsatzes 10 radial nach innen in den innerhalb der Düse liegenden Hohlraum hineingeführt ist. Der Abschnitt 13 mündet in den Düsen- hohlraum innerhalb des Bereiches ein, über den die Führungsrohre 14 für die in Längsrichtung verlaufend angeordneten Verstorkungseinlagen in Form von Fasersträngen über die innere Sirnfläche des Einsatzes 1 und seiner inneren Strinkörperteile hinaus, zum A ; us- tritt der strangförmigen Verstärkungseinalgen aus aus der Strangpresse hm ;, verlängert'sind.
Da sich an den rimgschcibenförmigen Hohlraum 13 der Ringspalt 17 (siehe Fig.] 2) zwischen einer Ver längenur, g 18 des Kernkörpers 3 und Idies Manbelkörpers 19 anschliesst, kommt es zu einem schraubengangförmigen Eintragen der weiteren Verstärkungseinlagen 16 (siehe Fig. 1 und 5) in den Kunstanzstrom, weil das zwischen den Düsen 14 radialströmende und axial 'nachdrängende Kunstharz unter Wirkung des.
Kern- körpers die weiteren Verstärkungseinlagen aus der radial- in die axialperiphere Richtung ablenkt, wobei die Steigung der Schraubenganglinie von dem Verhältnis der Strömungsquerschnitte für zentripetal und axtial be- wegtes Gut abhängig ist bzw. durch Bemessunfg dieser Qwerschnitte eingestellt werden kann ; ist der Querschnitt zwischen den Teilen 13, 19 grösser'als die Querschnitte zwischen den Teilen 13, 12, 1. 1, so wird die Steigung der schrafubemgangförmig verlaufenden Strömung grösser als im umgekehrten Fall, bei dem die weiteren Verstänkungseinlagen 16 praktisch jeweils in annähernd senkrecht zur Längsachse20-20.desGanzen verlaufenden Ebenen liegen.
Die von (nicht gezeigten) an sich bekannten Vor ratsspulen abgewickelten, in Längsrichtung verlaufenden Verstärkungseinlagen in Fasersträngen 15 treten aus den sie führenden Rohren 14 erst hinter der Ein- mündungsstelle des Ringspaltabschnittes 13 in den Hohlraum der Düse 10 aus. Die längstverlaufenden Stränge. 15 'kommen daher am Ende der Rohr 14 nur mit Kunst- stoff in Berührung, der sich in der gleichen Richtung wie die Faserstränge (bezogen auf Fig. 1 nach links) vorwärtsbewegt. Die Fasarsträ. nge werden daher in der gewünschten Weise über den Querschnitt der Werkstück wand verteilt, in den Kunststoff eingebettet.
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht mit teilwedsem Querschnitt auf bzw. durch die Strangpresse, die zur Durchführung des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahrens bestimmt und die im Fall des Ausführungsbeispeieles auf die Fertigung eines im Querschnitt rechteckigen, mit einem aufgesetzten Wulst ausgebeildeten Hohlkörpers 17 eingerichtst. ist.
Hierbei sind mit 15 wieder die in regelmässigen Abständen nebeneinander m die Werkstüchwandung eingebetteten, längsverlaufenden Verstärkungsstränge bezeichnet, Zwischen Kern 3 zend den Führungsstücken 25, 26 ist das Profil des Hohlkörpers 17 ausgespart, Ein wärmeleitendes Mittel. führende Rohre 27, 28 mit den verbindenden, leistenartig angeordneten Verbindungsgmuffen 29 stellen den erforder lichen ! Temperaturzustand der Teile 25, 26 und des Hohlkörpers 17 ein.
Die Darstellung nach Fig. 3 zeigt teils in Stirnan- sich, teils im Querschnitt die die längsverlaufenden Verstärkungsstränge 15 führenden Rohre 14 und 8, durch die die spätere Verteilung der Längsverstärkungen innerhalb der Werkstückwanducg 17 festgelegt wird.
Aus der oberen Hälfter der Fig. 3 ergibt sich dabei, dass die Rohre 14 in Auspressrichtung über die Ein- mündung des Ringspaltes 13 in. den Düsenhohlraum hinaus verlängert sind.
In Fig. 4 ist der Verfahren, svvongang schematisch dargestellt,mittelsdessendiemitdemKunststoff vermischten, weiteren Verstärkunigseinlaigen : in. Form von Fasern oder Abschnitten aus Fasern, textil verarbeiteten Fasern oder Drähten 16 quer zur Werkstücklängsachse 2020 iausgeriichtet werden, isoweit nicht endlose, wei- tere Verstärkungseinlagen zur Verwendung kommen.
Die ün Kanal 11 mehr oder weniger regellos inden Kunststoff eingebettet ankommenden weiteren Verstärkungseinlagen 16 werden durch die Stauwirkung, die beim Übergang in den zur Werkstückachse konzentri schen engen Ringspalt 12 erzeugt wird, gezwungen, sich in Fliessrichtung des Kunststoffes einzustellen. Diese Stellung in Fliessriohtung behalten die Verstärku'ngsein.- lagen 16'auch nach dem Übergang in den Abschnitt 13 dos Ringspalts bei.
Wie vorher erläutert, kommt es zu einer peripher, zur Achse 20-20 quer liegenden Anordnung der Verstärkungseinlagen 16 im Werkstück und damit zu einer insgesamt schraubemgangförmigem Lage derselben mit willkürlich einstellbarer Steigung des Schcaubenganges,wobe.i.die'Richtungderendlosen Verstärkungseinlagen in jedem Fall. gekreuzt wird.
Da diese strangförmigen, in Längsrichtung zugeführten und verlegten Verstärkungsgeinlagen 15 in Bereich der Einmündung des Ringspalts 1. 3 m ! den Hohl- . räum der Düse 10 durch'dieRohre14geschützt sind, werden die weiteren Verstärkungseinlagen 16 in zwi schen den IRohren 14 befindliche Stellingen verlegt.
In Fig. 5 sind Querschnitte zweier, nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten, fertigen Kunatstoffrobre wiedergegeben. Zwischen den in Längsrichtung verlaufenden, endlosen'strangförmigen Ver- stärkungseinlagen 15 liegen quergerichtet die im allgemeinen) kürzer zu haltenden, weiteren Verstärkungsein- lagen 16, die also durchweg als Fasern oder als Faserabschnitte, roh oder textil verarbeitet, auftreten. Die Anordnung in der rechten Hälfte der Fig. 5 unterschei- det sich lediglich durch die zweireihige Anordnung der längsvwrlaufenden Stränge 15 (gegenüber der Darstellung der linken Hälfte, in der die Verstärkungseinlagen auf einer einzigen Kreislinie, verteilt über deren Länge, auftreten.
Nach dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren können Werkstücke verschiedenartigster Querschnitte hergestellt werden, die bei einfachster Fertigung erheblich verbesserte, mechanische Eingenschaften. auf weisen. Hierbei besteht s'owohl hinsichtlich der Form- gebung als auch der Anordnung der Längsverstärkungen undderMatedalauswahlgrössteFreiheit.Die Verstärkungseinlagen, Fasern und Faserstränge können aus jedem hierfür geeigneten Werkstoff bestehen, wobei Asbest, Glasfasern, Glasseide, Glaswolle, Schlackenwolle, Textilfasem, strangförmiges Textilgut.
in Form von Fäden, Garnen, Zwirnen, Kordeln, Seilen oder Bändern aus natürlichen und/oder synthetischen Fa- sern-'oder Fasemmschungen, in Form weiter von Dräh- ten, verdrillten Drähten, Metallbändern verdrillt oder iunfvordrillt in Betracht kommen. Ratsam'ist es hierbei, die die Längsarmierung bildenden Faserstränge unter Vorspannung zu halten. Hierdurch wind gewährleistet, ! dass sich ider zur Füllung des Stranigprosswerkzeugsi mit dem zu verarbeitenden Kunststoff erforderliche Rück- druck aufbauen kann.
Dieser Rückdruck ist für eine einwandfreie Oberfläche des fertigen Werkstücks sowie zur völligen Füllung, durch die jegliche Luft aus der Vorrichtung verdrängt wird, erforderlich.
Bestehen die in Längsrichtung verlaufenden Ver stärkungen. aus Rovings, so Ikönnen diese vor dem Ein- lauf in die Strangpresse durch ein Bad aus viskosem Harz gezogen und somit vorgetränkt sein. In diesem Fall beffnet sich das Harz, das die Rovings tränkt, im allgemeinen im sogenannten A-Zustand. Es ist aber auch möglich, Rovings zu verwenden, bei denen sich das sie tränkende Harz im B-Zustand befindet, d. h., dass sich das Harz auf thermischem und/oder chemischem Wege schon in einem vorgehärteten, jedenfalls aber fast trockenen oder völlig trockenen Zustand befindet. In Entsprechender Weise kann es sich auch bei dem zu verarbeitenden Kunststoffgemisch mit kurzen Verstärkungseinlagen um einen A-oder B-Zustand handeln.
Die Verstärkungseinlagen und/oder die weiteren Verstärkungseinlagen brauchen nicht aus dem gleichen Werkstoff zu bestehen ; ebenso können verschiedene Harzsorten, die selbstverständlich miteinander verträglich sein müssen, Verwendung finden. Der Vor- schub des Fertigwerkstückes in der Strangpresse kann entweder durch den Pressdruck, mit dem die Kunststoffmasse eingeführt wird, oder durch eine Zugvorrichtung oder durch beide Massnahmen gemeinsam erfolgen. Die Länge des in eine kontinuierlichen'Vorgang hergestellten Werkstücks entspricht derjenigen der verfülgbaren Rovings, im allgemeinen bis etwa zweitausend Meter.
Das beschriebene Verfahren ist also, kurzgefasst, darin zu sehen, dass in einem Kunststoff-, insbesondere 'Kunstharzstrom, mehr oder weniger rogellos verteilte Verstärkungsstrangabsohnittezunächst'miteinemStrom aus Kunstharz (Premix) radiial zur Werkstücklängs- achse zugeführt, hierauf über einen Querschnitt, der grösser als der Werkstückquerschnitt und vorzugsweise kongruent zu diesem gehalten ist, möglichst gleichmässig verteilt, sodann in die Axialrichtung umgelenkt, parallel zur Werkstückachse bis zur Axialausrichtung der Verstärkungss'trangabschnitte geführt, quer zur Werkstüokachse hin, d. h.
radial allseitig umgelenkt, zentripetal einem Hohlcaum des zu verwirklichenden Werkstückquerschnittes zugeführt, dort. aus der radical- zentripetalen Richtung peripher, d. h. äquidistant zur Werkstückoberfläche uagelenkt und anschliessend unter Ausfüllung des Werkstückquerschnitts mit Kunststoff, Verstärkungsstrangabschnitten und Rovings zur Werkstückenzeugung benutzt werden. Soweit hierbei und/oder auf dem weiteren Weg des Werkstückes Wärmebe handlungen anforderlich werden, bedürfen sie, als an sich bekannt, keiner Darstellung im einzelnen ; hierzu erforderliche Heizwicklungen sind beispielsweise in Fig. 1 bei i 26 bis 29 angedeutet.
Die Ges-amtanordnung zeigt Fig. 6. Man erkennt die in Fig. 1 und 2 dargestellte' Anordnung bei 21, die aufgespulten. Rovings bei 22 und eine doppelt wirkenden, also Kunstharz oder Kunststoff kontinuierlich nachfordernde Kolbenprasse 23. Übliche, an sich be kannte Einrichtungen, beispielsweise eme Säfgoanord- nung 30 zum Zerlegen des fertigen Werkstückes 17 in n gewünschte Längenabschnitte, Kühlbetten 31, Strang trä'ger'in Form von Rollen 32 usw., vervollständigen die Anlage.
Process for the production of workpieces made of plastics with at least longitudinal reinforcement inserts
It is known that the properties of polymeric materials can be improved by reinforcing inserts of all kinds and, in particular, that the strength properties can be increased. So glass fiber reinforced plastics have been developed that z. B. by rovings, d. H. are reinforced by glass fiber strands running in the longitudinal direction of tubes, rods, profiles or the like.
The reinforcement has the effect of a substantial improvement in the tensile strength, the flexural strength and the compressive strength as well as the notched impact strength, which take on considerably higher values than the non-reinforced plastic.
However, plastics should not only be produced with the help of endless, d. H. strand-like reinforcement inserts, but also be reinforced in the transverse direction to this longitudinal direction. For this purpose, reinforcement inserts made of glass, asbestos, and textiles have also been made. Nylon or perlons, as well as made of metallic wires, are cut into relatively short sections which, in the event that natural or synthetic fibers are used, match the feasible lengths, or the natural fibers are used.
These fibers or the reinforcing inserts cut into shorter parts are sucked into a preform, mostly with the help of an air stream, which is flocked in this way. The preform produced in this way is then attached by means of a binding agent and then impregnated with plastics which harden after pressing the workpiece into the desired shape. In such workpieces, the short reinforcing fibers lie randomly in the plastic in positions that happened by chance during the manufacture of the preform.
Another known method for producing pipes and fitlings is to use a mandrel on which resin-impregnated glass fabrics or tapes are wound, which are then hardened. The winding process has the disadvantage that it cannot be carried out continuously because the mandrel has to be pulled out of the workpiece after a certain length has been produced.
In another known method, which is carried out in principle in the same way, lengthwise lengths of glass are applied to the walls of the mandrel and parallel to the pipe axis between different, successively applied winding layers.
It is also known, as already explained in the introduction, endless reinforcing inserts in the form of the aforementioned glass threads, glass silk strands, textile threads, threads made from textile materials, threads, cords, braids, ribbons, ropes, plaits and other textile forms of strands as well as natural and synthetic ones Introduce fibers into the space between a core and a cladding and at the same time feed Kung resin to the space mentioned by pressing screws, so that workpieces designed as hollow bodies are formed and these workpieces are reinforced in the longitudinal direction, but here the transverse reinforcement is missing, which first gives the workpieces the required strength.
This cross arm is also absent in a further proposal, according to which a tube is inserted into a compression nozzle, which is held by a core with a conical outlet. The core is of a coat piece forming a. Enclosed space, which is used to supply synthetic resin.
The tube has beads in which there are thinner tubes that are used to feed thread-like or wire-like reinforcement inserts. The pipe ends shortly after the conical outlet of the core in front of the narrowest part of the press nozzle and the same is the case with the thin raw materials for feeding the stretcher-shaped reinforcement inserts, so that in this way pipes made of plastics, especially synthetic resin, with thread or wire-like inserts are produced . In the knowledge of this method, it is that the reinforcement inserts are only on the surface of the synthetic resin pipes produced, while the inner pipe parts both longitudinally and horizontally; direction remain unarmored.
In contrast, it is the object of the present invention to develop a method in which not only the plastic workpieces by means of strand. endless reinforcement inserts are stiffened, but above all the aforementioned cross arming is realized by the fact that reinforcement inserts also have a position deviating from the longitudinal direction of the workpiece.
Proceeding from a process for the production of workpieces having at least longitudinal reinforcement inserts. made of plastic middle ice. Extruding, in which longitudinal reinforcement inserts are fed in parallel to the longitudinal direction of the workpiece and in relation to each other parallel pipes and the plastic is fed via an annular space surrounding a press nozzle, the proposed method is characterized according to the invention by the fact that further reinforcement inserts are added to the plastic before it is fed to the press nozzle the plastic and these other reinforcement inserts initially one to the longitudinal axis of the.
The workpiece to be produced wicd parallel and then a radial direction up to the introduction into the press nozzle. The method therefore leads to the desired success because the plastic having the further reinforcement inserts can be moved over such a distance in the direction parallel to the workpiece axis that the widths of the reinforcement inserts assume a position parallel to the direction of flow. It is not necessary. that the reinforcement inserts are divided into relatively short length sections.
For example, supple Ver strengthening systems in the form of threads or strands of textile material easily take part in the changes that are imposed on them in carrying out the method proposed according to the invention, while this is not the case with metallic wires. In these cases, it is therefore expedient to introduce the further reinforcement inserts in the form of pieces having a finite length or in the form of fibers of all kinds.
The procedure can be carried out in such a way that the weather reinforcement semagon. outward plastic. an annular gap surrounding the workpiece cross-section at a distance, parallel to the workpiece axis, is initially deflected in the centripetal direction towards the workpiece axis towards the latter and then both axially and equidistantly from the workpiece circumference, so that the n run transversely to the workpiece longitudinal axis.
Continuous reinforcement inserts can be kept under pre-tension, in particular the log-oriented reinforcement inserts come into consideration, but also the further reinforcement inserts if they have the mentioned flexibility and flexibility. exhibit.
When transferring the further reinforcement inserts! containing plastic, from a feed channel with a relatively large cross-section into the substantially larger annular gap running approximately at right angles to it, flow conditions in the flowing plastic result which align most of the further reinforcement inserts in flow. direction of flow. It has been established that, given a sufficient length of the mentioned rim gap, the majority of the reinforcement inserts contained in the plastic adopts the desired pre-orientation.
Since the annular gap is then given a change of direction in the direction of the workpiece axis, the reinforcement inlays contained in the plastic approach the actual compression nozzle, from which the finished molding is ejected in the axial direction, in essentially a transverse direction. Since the change of direction into the press nozzle takes place essentially without transition, the vast majority of the reinforcement liners located in the above-mentioned transverse positions in the nozzle retains this desired position in the workpiece that is now formed.
According to the method according to the invention, it succeeds surprisingly and. exceptionally simple way, preferably in the case of reinforcement inserts in the form of each of a finite length pointing sections, for example in the form of fibers, these fibers, initially contained in the plastic mass without a hitch, by sensible choice of flow.
way for the plastic in layers that are essentially equidistant from the workpiece delimitation surfaces, so that they cross approximately at right angles with reinforcement inserts that are continuously arranged in the longitudinal direction.
With a circular cross-section, as occurs in a pipe, a peripheral and, taking into account the always existing axial displacement component, a helical distribution of the reinforcement inserts occurs, which is crossed by the rovings, which in turn run parallel to the surface lines of the pipe ; in the same direction, other individual fibers can again be arranged in the longitudinal direction of the pipe or of the workpiece. Furthermore, the orientation of the fibers can also be influenced by attaching baffles in the flow channel according to the desired purpose.
The device for carrying out the method proposed according to the invention is identified. based on 'arrangements with a press nozzle to which' the plastic is fed via an annular channel and into which pipes arranged parallel to the longitudinal axis of the workpiece and to one another open for the introduction of continuously continuous reinforcement inserts, due to the fact that the annular channel has a parallel to the workpiece axis, in Relationship. to the remaining flow cross-sections of the extrusion press has a narrow section and a radial inward section adjoining in the flow direction of the plastic and opening into a precursor nozzle.
So that the continuous strands of reinforcement inserts, which are arranged in the longitudinal direction and which are introduced into the nozzle from the rear, also come together when they meet. the plastic containing the further reinforcement inserts does not move inward to a workpiece cavity.
Aum determining core are relocated, but lie within the cross-section of the wall of the finished workpiece at the designated points, are advantageous in the area of the confluence of the radially inwardly directed section of the annular channel in the nozzle cavity axially sparellel guides for the longitudinal, continuous and endless Strands of reinforcement inserts are ordered by arranging the named longitudinal guides in relation to the cavity remaining between a core and an outer ring of the nozzle, it is possible to produce solid and hollow bodies of any cross-section, including an irregularly shaped cross-section,
The endless reinforcing strands running in the longitudinal direction can in turn be arranged closer to one another in individual areas than in other areas, depending on the later stresses, and wobai also with regard to the scheme according to which the reinforcing strands in the cross-section of the workpieces, for example. are embedded in a hollow body wall, there is every conceivable freedom.
The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing, with rovings for the longitudinal reinforcement of the hollow workpiece body to be produced, ie. That is, strands of glass fibers and pieces of such are used for transverse reinforcement.
Eszaigen:
1 shows an extruder for carrying out the method according to the invention in vertical section,
FIG. 2 shows a section through FIG. 1 along the line II-II of FIG. 1 with a partial view of the stone.
Fig. 3 is a broken section along line ie III-III of Fig. 1 with a partial front view,
4 shows a schematic representation of the alignment process of the reinforcing fibers as they flow through the pressing device,
Fig. 5 partial cross-sections through two finished workpieces and
6 shows the overall arrangement.
The extrusion device shown in Fig. 1, the components of which are assembled in a modular manner for the purpose of easier replacement and better maintenance, is essentially impressive. from a hollow-cylindrical insert 1, through whose longitudinal recess a core 3, which defines the cavity of a finished workpiece, leaves an annular gap. A cover 2 is fastened to the free face of the insert 1, the edges of which are rounded off with a central opening.
At the same end of the core 3 is a disc 4, which also has rounded edges. has attached. The approximately funnel-shaped opening bathed in this way serves to introduce reinforcing strands running in the longitudinal direction of the workpiece, which are passed through recesses 6 of a molded piece 5 in guide tubes 8 to the nozzle 10 and through the nozzle 10.
The Fübrungsrohre 8 are formed in the annular space surrounding the core 4 by means of a further ring piece 7 and a closure ring 9 in the provided position; the guide tubes 8 are extended further into the nozzle 10 by the sections 14 for a purpose which will be explained later.
The reinforcement inserts to be pressed in the form of. Plastic containing fibers or pieces of fiber is fed through the channel 11 under pressure. To generate pressure, extruders or presses with one or more plungers can be used.
The channel M merges into an annular gap 12 surrounding the longitudinal recess of the device at a distance and having a length of the same which has been determined by experience. The cross-section of the annular gap 12 is considerably narrower than the channel 11, so that a throttling or damming effect occurs in the supplied plastic at the inlet.
This has the consequence that reinforcement inserts mixed with the plastic adjust themselves in the gap 12 essentially parallel to the flow direction of the plastic in this section.
The annular gap 12 then merges into a section 13 which leads centripetally towards the workpiece axis, ie which runs essentially radially and which is thus guided inside the nozzle insert 10 radially inward into the cavity lying inside the nozzle. The section 13 opens into the nozzle cavity within the area through which the guide tubes 14 for the longitudinally arranged stiffening inserts in the form of fiber strands beyond the inner end face of the insert 1 and its inner leg body parts to A; The strand-like reinforcement insert emerges from the extruder, hm;, are elongated.
Since the annular gap 17 (see Fig. 2) is connected to the rim disc-shaped cavity 13 between a ver length only, g 18 of the core body 3 and Idies manbel body 19, the further reinforcing inserts 16 are inserted in a helical manner (see FIGS. 1 and 5 ) in the Kunstanzstrom, because the between the nozzles 14 radially flowing and axially 'nachdrängende synthetic resin under the action of.
The core body deflects the further reinforcement inserts from the radial to the axially peripheral direction, the gradient of the helical curve being dependent on the ratio of the flow cross-sections for centripetal and axially moving material or being able to be adjusted by dimensioning these cross sections; If the cross-section between the parts 13, 19 is greater than the cross-sections between the parts 13, 12, 1.1, then the slope of the flow running in the form of a helix is greater than in the opposite case, in which the further reinforcing inserts 16 are each practically approximately perpendicular to the longitudinal axis 20-20 of the whole are planes.
The longitudinal reinforcement inserts in fiber strands 15, which are known per se from (not shown) prior to ratsspulen, emerge from the pipes 14 leading them only after the point where the annular gap section 13 joins the cavity of the nozzle 10. The longest running strands. 15 ′ therefore only come into contact at the end of the tube 14 with plastic, which moves forward in the same direction as the fiber strands (to the left in relation to FIG. 1). The Fasarsträ. Dimensions are therefore distributed in the desired manner over the cross-section of the workpiece wall, embedded in the plastic.
2 shows an end view with a partially cross-section on or through the extruder, which is intended to carry out the method proposed according to the invention and which, in the case of the exemplary embodiment, is set up for the production of a hollow body 17 with a rectangular cross-section with an attached bead. is.
Here again, the longitudinal reinforcement strands embedded in the workpiece wall at regular intervals next to one another are denoted by 15, the profile of the hollow body 17 is recessed between the core 3 and the guide pieces 25, 26, a heat-conducting agent. leading pipes 27, 28 with the connecting, strip-like arranged connecting sleeves 29 are the union! Temperature state of the parts 25, 26 and the hollow body 17 a.
The illustration according to FIG. 3 shows, partly in frontal itself, partly in cross section, the pipes 14 and 8 leading the longitudinal reinforcement strands 15, through which the subsequent distribution of the longitudinal reinforcements within the workpiece wall 17 is determined.
From the upper half of FIG. 3 it can be seen that the tubes 14 are lengthened in the extrusion direction beyond the opening of the annular gap 13 into the nozzle cavity.
In Fig. 4 the process is shown schematically, by means of which further reinforcement elements mixed with the plastic: in the form of fibers or sections of fibers, textile-processed fibers or wires 16 are aligned transversely to the workpiece longitudinal axis 2020, unless endless, further reinforcement inserts are used Use come.
The additional reinforcing inserts 16, which arrive more or less randomly embedded in the plastic, are forced by the damming effect that is generated at the transition into the narrow annular gap 12 concentric to the workpiece axis to adjust in the flow direction of the plastic. The reinforcement elements 16 'maintain this position in the flow direction even after the transition into the section 13 of the annular gap.
As previously explained, there is a peripheral arrangement of the reinforcing inserts 16 in the workpiece, transverse to the axis 20-20, and thus an overall screw thread-like position of the same with an arbitrarily adjustable pitch of the screw thread, whereby the direction of the endless reinforcing inserts is in every case. is crossed.
Since these strand-like reinforcement inserts 15 fed and laid in the longitudinal direction in the area of the confluence of the annular gap 1. 3 m! the hollow. The space of the nozzle 10 is protected by the pipes 14, the further reinforcing inserts 16 are laid in positions between the I pipes 14.
In FIG. 5, cross sections of two finished plastic robes produced by the method according to the invention are shown. Between the longitudinally extending, endless, strand-shaped reinforcing inserts 15, the generally shorter to be kept, further reinforcing inserts 16, which therefore appear consistently as fibers or as fiber sections, raw or fabricated, lie transversely. The arrangement in the right half of FIG. 5 differs only in the two-row arrangement of the longitudinally running strands 15 (compared to the illustration of the left half, in which the reinforcing inserts appear on a single circular line distributed over their length.
According to the method proposed according to the invention, workpieces of the most varied of cross-sections can be produced which, with the simplest production, have significantly improved mechanical properties. exhibit. There is a great deal of freedom in terms of both the shape and the arrangement of the longitudinal reinforcements and the choice of material. The reinforcement inserts, fibers and fiber strands can consist of any suitable material, whereby asbestos, glass fibers, glass silk, glass wool, slag wool, textile fibers, strand-like textile goods.
in the form of threads, yarns, twists, cords, ropes or ribbons made of natural and / or synthetic fibers or fiber braids, in the form of wires, twisted wires, metal ribbons twisted or pre-twisted. It is advisable here to keep the fiber strands forming the longitudinal reinforcement under tension. This guarantees wind! that the back pressure required to fill the strand-growing tool with the plastic to be processed can build up.
This back pressure is necessary for a perfect surface of the finished workpiece as well as for complete filling, through which any air is displaced from the device.
There are longitudinal reinforcements. From rovings, so I, they can be drawn through a bath of viscous resin and thus pre-soaked before entering the extruder. In this case the resin which soaks the rovings generally opens in the so-called A-stage. But it is also possible to use rovings in which the resin that impregnates them is in the B-state, i.e. This means that the resin is already thermally and / or chemically in a precured, but in any case almost dry or completely dry state. Correspondingly, the plastic mixture to be processed with short reinforcing inserts can also be an A or B state.
The reinforcement inserts and / or the further reinforcement inserts do not need to be made of the same material; different types of resin, which of course must be compatible with one another, can also be used. The advance of the finished work piece in the extrusion press can take place either through the pressure with which the plastic compound is introduced, or through a pulling device, or through both measures together. The length of the workpiece produced in a continuous process corresponds to that of the available rovings, generally up to about two thousand meters.
In short, the described method is to be seen in the fact that in a plastic, in particular 'synthetic resin' stream, reinforcement strand sections distributed more or less without a rogue are initially supplied with a stream of synthetic resin (premix) radially to the longitudinal axis of the workpiece, then over a cross section greater than the workpiece cross-section and preferably kept congruent to it, distributed as evenly as possible, then deflected in the axial direction, guided parallel to the workpiece axis up to the axial alignment of the reinforcement strand sections, transversely to the workpiece axis, d. H.
Radially deflected on all sides, centripetally fed to a hollow space of the workpiece cross-section to be realized, there. peripheral from the radical centripetal direction, d. H. Equidistant to the workpiece surface and then used to produce the workpiece while filling the workpiece cross-section with plastic, reinforcing strand sections and rovings. Insofar as heat treatments are required here and / or on the further path of the workpiece, they do not need to be detailed as they are known per se; Heating windings required for this are indicated, for example, in FIG. 1 at i 26 to 29.
The overall arrangement is shown in FIG. 6. The arrangement shown in FIGS. 1 and 2 can be seen at 21, the wound. Rovings at 22 and a double-acting piston shape 23 that continuously demands synthetic resin or plastic. in the form of rolls 32 etc. complete the system.