Kunststoff-Faserbündel

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Querschnittsformung einer Vielzahl parallel nebeneinander über wenigstens eine drehbare Formrolle geführten Kunststoff-Faserbündel.

Leichtbauelemente aus Kunststoff, wie sie vielfach in der Automobilindustrie oder im Flugzeugbau eingesetzt werden, enthalten zur Gewichtseinsparung bei gleichzeitig hoher Festigkeit in der Regel Fasermaterialien aus Glas oder Kohlenstoff. Die Fasermaterialien werden mittels einer Imprägniereinrichtung in die Polymerschmelze eines Kunststoffmaterials eingebunden und dann als Kunststoff-Faserbündel zu Pellets, Granulat oder Bändchen mit definiertem Querschnitt verarbeitet, die in nachfolgenden Anlagen und Verfahren, insbesondere Spritzgussverfahren, zur Herstellung der Leichtbauelemente verwendet werden.

Die Querschnittsformung bzw. Kalibrierung der imprägnierten Faserbündel kann im einfachsten Fall über eine Düse mit definiertem Durchmesser erfolgen. Allerdings lässt sich eine genauere Querschnittsformung nur in teilfestem, aber noch erwärmtem Zustand des mit Kunststoffmaterial versetzten Faserbündels erreichen, so dass es zur genaueren Kalibrierung erforderlich ist, das Kunststoff-Faserbündel nach Austritt aus der Düse zunächst in einem Wasserbad herunter zu kühlen und dann in noch verformbarem Zustand nachzuformen.

Hierzu sind Formrollen bekannt geworden, die die noch warmen oder heißen Kunststoff- Faserbündel in Oberflächenvertiefungen mit definiertem Querschnitt abkühlen, bevor die Kunststoff-Faserbündel aufgerollt oder einem Granulator zugeführt werden.

Eine Formrolle zur Querschnittsformung ist üblicherweise dem Wasserbad einer Imprägniereinheit unmittelbar nachgeschaltet. Da jedoch auch Bedarf an imprägnierten Faserbündeln unterschiedlichen Querschnitts bestehen kann, bedarf es der Anpassung der Formrolle an solche unterschiedlichen Querschnitte, was in der Regel dadurch erfolgt, dass die Formrolle entsprechend der neuen Aufgabenstellung durch eine Formrolle mit entsprechend geänderter Querschnittsform der Formvertiefungen ersetzt wird. Der Wechsel einer Formrolle und die Reinigung können aufwändig und zeitraubend sein, insbesondere, wenn mehrere Formrollen hintereinander angeordnet sind.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Querschnittsformung einer Vielzahl parallel geführter imprägnierter Kunststoff-Faserbündel anzugeben, deren Formrolle(n) die Rundheit der Kunststoff-Faserbündel verbessert, deren Stillstandzeit beim Wechsel einer oder mehrerer Formrollen klein gehalten werden kann, die kompakt aufgebaut ist, gleichzeitig eine effektive Kühlung von Kunststoff-Faserbündeln ermöglicht und in weitem Maße einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weitergehende Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird eine Formrolle verwendet, die mittels einer Schnellwechselvorrichtung in seitlichen Führungsplatten gelagert ist. Die Formrolle weist stirnseitig Drehkupplungen auf, über die Flüssigmedien, insbesondere zur Kühlung, durch die Formrolle hindurchgeführt werden. Nach Abtrennung der Zu- und Ableitungen der Drehkupplungen und Entfernen der Schnellwechselvorrichtung kann die Formrolle einfach aus dem Gestell herausgenommen werden.

Vorzugsweise werden bei der Erfindung zur Nachformung von Kunststoff-Faserbündeln drei gleichartige Formrollen verwendet, die dreieckförmig angeordnet sind und jeweils an ihrer Oberfläche mit einer Mehrzahl parallel angeordneter umlaufender Formvertiefungen versehen sind, in denen der Querschnitt von zugeführten mit Kunststoff imprägnierten Faserbündeln entsprechend der Querschnittsform der Formvertiefungen formbar ist.

Die Faserbündel werden dabei zwischen einem Paar von zwei aufeinander folgenden Formrollen an einer ersten Seite der Faserbündel und einer dritten Formrolle, welche sich an der zweiten Seite der Kunststoff-Faserbündel in Laufrichtung der Kunststoff-Faserbündel zwischen der ersten und zweiten Formrolle des Paares von Formrollen befindet, hindurchgeführt. Der Abstand zwischen den Formrollen kann horizontal und/oder vertikal einstellbar sein. Die Oberflächentemperatur der Formrollen ist vorzugsweise steuerbar.

Die Zahl der Formrollen und ihre Anordnung zueinander kann nach Bedarf auch anders gewählt werden. So kann bei sehr hohen Ansprüchen an die Formgenauigkeit oder bei speziellen Polymeren eine größere Zahl von auf die Faserbündel einwirkenden Formrollen, z.B. eine Anordnung mit 2 x 3 Formrollen, gewählt werden.

Diese Ausbildung der Erfindung erlaubt eine effektive Querschnittsformung von Kunststoff- Faserbündeln beim Durchlauf durch den Spalt zwischen den Formrollen bei gleichzeitiger Kühlung, so dass die Kunststoff-Faserbündel die Vorrichtung mit definierter Querschnittsform verlassen.

Die Einstellung des Abstands der Formrollen in ihrer horizontalen und vertikalen Lage ermöglicht eine Steuerung der Spannung der Kunststoffstränge, ihre Verweildauer auf den Formrollen und entsprechende Steuerung der Kühlwirkung.

Die Formrollen sind vorzugsweise so angeordnet, dass eine erste und eine zweite Formrolle in einer horizontalen Ebene unterhalb der Kunststoffstränge und eine dritte Formrolle oberhalb der Kunststoffstränge mit vertikalem Abstand zu den ersten und zweiten Formrollen liegen. Die vertikale Stellung der dritten Formrolle ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass diese Formrolle die Kunststoff-Faserbündel zwischen die erste und zweite Formrolle eindrückt, um so den von den Kunststoffsträngen berührten Umschlingungswinkel der Formrollen zu erweitern, die Eindruckkraft der Kunststoffstränge in die Formvertiefungen zu vergrößern und damit die Formungsqualität zu verbessern.

Die Anordnung der unteren und der oberen Formrollen zueinander kann auch in der Vertikalen gespiegelt sein.

Vorzugsweise sind die Formrollen stirnseitig in seitlichen Führungsplatten eines Gestells gelagert, wobei ein erstes Führungsplattenpaar die erste und zweite Formrolle aufnimmt und ein zweites Führungsplattenpaar die dritte Formrolle trägt. Die Führungsplatten lassen sich vorzugsweise über Stangenführungen vertikal verschieben, wobei die Verschiebung synchron erfolgt, um die Verschiebung über die gesamte Länge der Formrollen gleichmäßig ausführen zu können.

Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der horizontale Abstand der ersten und zweiten Formrollen einstellbar ist. Die vertikale Anordnung der Formrollen in Bezug auf die Ober oder Unterseite der Kunststoff-Faserbündel kann auch umgekehrt werden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen vereinfachten Vorrichtung können mit Kunststoff imprägnierte Faserbündel, daraus hergestellte Pellets und Granulate derart kalibriert werden, dass ihre Rundheit verbessert ist, dass sie bei der Formung zur Verbesserung ihrer Eigenschaften noch einmal durchgewalkt werden, dass sie eine bessere Laufgüte in nachfolgenden Transportanlagen und schließlich ein besseres Erscheinungsbild aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Vorrichtung zur Querschnittsformung von

Kunststoffsträngen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer Formrolle,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Schnellwechselvorrichtung für eine Formrolle, und

Fig. 4 eine Stirnansicht der Schnellwechselvorrichtung für eine Formrolle.

Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung enthält ein Gestell 1, das im Wesentlichen aus einem Paar oberer Brückenträger 5 und einem Paar unterer Brückenträger 4 gebildet ist, welche über vier vertikale Führungsstangen 7, 8, 9 miteinander verbunden sind. Das Gestell 1 ist auf einer Schienenanordnung mit zwei parallelen Schienen 2 und 3 mittels Handrad 6 in horizontaler Ebene verfahrbar. An den Führungsstangen 7, 8, 9 ist übereinander ein Paar von oberen Führungsplatten 10, 12 und ein Paar von unteren Führungsplatten 11, 13 vertikal verschiebbar angeordnet. Das Paar der Führungsplatten 10, 12 kann über hydraulische Hubvorrichtungen 14, 15 angehoben oder abgesenkt werden. Entsprechend lässt sich das Paar der unteren Führungsplatten 12, 14 über die unteren Hubvorrichtungen 16, 17 anheben oder absenken.

Um die Synchronität des Anhebens und Absenkens zu gewährleisten, ist den Paaren von Führungsplatten ein Paar von über eine Verbindungsstange miteinander verbundenen Zahnrädern 21 zugeordnet, die in ein Paar von Zahnstangen 22 an beiden Seiten der Vorrichtung eingreifen und damit ein parallele Verstellung der Führungsplatten erlauben.

Zwischen dem Paar der oberen Führungsplatten 10, 12 ist eine obere Formrolle 18 angeordnet, deren Achse seitlich in den Führungsplatten 10, 12 frei drehbar gelagert ist. Das Paar von unteren Führungsplatten 11, 13 trägt zwei parallel und mit Abstand zueinander angeordnete untere Formrollen 19, 20, wobei die drei Formrollen im Wesentlichen in Dreieckform mit einer horizontalen Basis angeordnet sind, in der die unteren Formrollen 19, 20 liegen, die ebenfalls frei drehbar sind.

Die in der Figur 1 nicht dargestellten Kunststoff-Faserbündel werden zur Durchführung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei Gruppen parallel nebeneinander durch den Spalt zwischen der ersten unteren Formrolle 19 und der oberen Formrolle 18 und dann durch den Spalt zwischen der oberen Formrolle 18 und der zweiten unteren Formrolle 20 hindurchgeführt. Der vertikale Abstand zwischen der oberen Formrolle 18 und den unteren Formrollen 19, 20 und der horizontale Abstand zwischen den unteren Formrollen 19 und 20 ist so eingestellt, dass die Kunststoff-Faserbündel auf den Formrollen einen Umschlingungswinkel von etwa 2 - 20 °, vorzugsweise 5 - 6 °, bezogen auf die jeweilige Formrolle, durchlaufen. Damit dringen sie mit ausreichender Eindruckkraft in die in die Oberfläche der Formrollen eingearbeiteten umlaufenden U-förmigen Vertiefungen ein, um so bei ihrem Durchlauf durch die Vorrichtung eine Nachformung ihres Querschnitts zu erfahren. Der Abstand zwischen der oberen Formrolle 18 und den unteren Formrollen 19, 20 kann so klein gewählt sein, dass sich obere und untere Formrollen berühren und damit synchron laufen können, sofern die Kunststoff-Faserbündel nicht zu weit aus den Formvertiefungen vorstehen. Um den Umschlingungswinkel der Kunststoff-Faserbündel bei ihrem Durchlauf zwischen den Formrollen zu vergrößern, kann der Abstand zwischen den unteren Formrollen vergrößert werden und gleichzeitig der vertikale Abstand zwischen der oberen Formrolle und den unteren Formrollen verkleinert werden.

Die Formrollen 18, 19, 20 sind in den Führungsplatten 10-13 stirnseitig über Schnellwechselvorrichtungen befestigt. Sie können daher auf einfache Weise aus der Vorrichtung entfernt und zur Wartung oder zum Ersatz ausgetauscht werden.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die obere Formrolle 18 in geschnittener Seitenansicht. Die unteren Formrollen 19 und 20 sind im Wesentlichen identisch mit der oberen Formrolle gestaltet. Die Formrolle 18 ist als Hülse ausgeführt und trägt an ihrer Außenseite eine Vielzahl von parallel angeordneten umlaufenden Formvertiefungen. Über die Schnellwechselvorrichtungen 24, 35 ist die Formrolle 18 in den seitlichen Führungsplatten 10, 12 gelagert. Die Achse der Formrolle 18 ist als Verdrängungszylinder 26, insbesondere aus Kunststoff, ausgeführt, wobei zwischen der Innenwand der Formrolle 18 und dem Verdrängungszylinder 26 ein freier umlaufender Ringspalt 29 verläuft, durch den ein Flüssigmedium, insbesondere Wasser, zur Kühlung der Außenwand der Formrolle 18 hindurchgeführt wird.

Das Kühlmedium wird an einer Stirnseite der Formrolle über den Anschluss 36 und die Drehkupplung 34 zugeführt, über die Achsbohrung 30 und den Verteilerkanal 27 zum Ringspalt 29 geführt, durchläuft dann den Ringspalt 29, und wird an der anderen Stirnseite der Formrolle wieder abgeführt. Die Kühlkreisläufe der drei Formrollen können parallel oder in Reihe betrieben werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur zur Kühlung der Oberfläche der Formrollen, sondern in alternativen Anwendungsfällen auch zur Aufheizung mittels erhitztem Wasser oder bei geforderten noch höheren Temperaturen auch mit Öl oder entsprechend geeigneten alternativen Fluiden betrieben werden. Der Durchmesser der oberen und unteren Formrollen ist vorzugsweise gleich, er kann jedoch für bestimmte Fälle auch unterschiedlich gewählt werden. Ein für die Zwecke der Erfindung geeigneter Durchmesser beträgt ca. 150 mm. Der Rundungsdurchmesser in den Formvertiefungen beträgt vorzugsweise 1,8 bis 3,5 mm.

Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht der zur Lagerung und Zu- und Abfuhr von Kühlmedium verwendeten Schnellwechselvorrichtung 35. Die hülsenförmige Formrolle 18 ist stirnseitig in einem Lagergehäuse 33 befestigt, das über Lager 31, 32 auf einer Hohlwelle 37 drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 37 ist stirnseitig in einer Hohlwellen-Aufnahme 23 aufgenommen, die als Teil der Schnellwechselvorrichtung 24, 35 in die Führungsplatten 10, 12 eingesetzt wird.

Die Hohlwelle 37 ist mit einer hydraulischen Drehkupplung 34 versehen, über die der Formrolle 18 Kühlmedium zugeführt wird, welches von der Drehkupplung 34 über die Achsbohrung 30 der Hohlwelle 37 und den Verteilerkanälen 27 in den Ringspalt 29 überführt wird und umgekehrt an der anderen Stirnseite der Formrolle wieder abgeführt wird. Da die Hohlwelle 37 und der Verdrängungszylinder 26 nicht drehbar sind, ist eine Dichtung 38 zwischen dem drehenden Lagergehäuse 33 und der nicht drehenden Hohlwelle 30 vorgesehen.

In Figur 4 ist die Stirnseite einer Schnellwechselvorrichtung gezeigt. Es sind zwei Schwenkhebel 25, 28 zur Befestigung der Formrolle in den Führungsplatten vorgesehen. Zur Lösung einer Formrolle ist zunächst ein Schlauch von dem zentralen Anschluss 36 und der Drehkupplung 34 abzukuppeln. Dann müssen die zwei Schwenkhebel 25, 28 gelöst und um 90° geschwenkt werden, so dass die Hohlwellenaufnahme seitlich axial aus der Führungsplatte herausgenommen werden kann und die Hohlwelle 37 nur noch auf einer Trägerleiste 39, die an der Führungsplatte 10 befestigt ist, aufliegt. Die Hohlwelle kann nun nach oben oder zur Seite entnommen werden. Das Einsetzen der Hohlwelle erfolgt in umgekehrter Weise. Die konvexe Form von Trägerleiste 29 und des durch die Führungsplatte reichenden Trägerteils 40 der Hohlwellenaufnahme 23 sichern die Hohlwelle im eingebauten Zustand in radialer Richtung. Der Gegenstand der Erfindung ist kompakt aufgebaut, kann leicht gewartet werden und erlaubt eine effektive Nachformung mit verbesserter Rundheit von mit Kunststoff durchtränkten Faserbündeln vor der Weiterverarbeitung, insbesondere der Pellettierung oder Granulierung.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise noch mit oberen und seitlichen in den Zeichnungen nicht dargestellten Abdeckplatten vervollständigt.

Bezugszeichen

Gestell 21 Zahnrad

Schiene 22 Zahnstange

Schiene 23 Hohlwellen-Aufnahme Unterer Brückenträger 24 Schnellwechselvorrichtung Oberer Brückenträger 25 Schwenkhebel

Handrad 26 Verdrängungszylinder Führungsstange 27 Verteilerkanal

Führungsstange 28 Schwenkhebel

Führungsstange 29 Ringspalt

Führungsplatte 30 Achsbohrung

Führungsplatte 31 Lager

Führungsplatte 32 Lager

Führungsplatte 33 Lagergehäuse

Hubvorrichtung 34 Drehkupplung

Hubvorrichtung 35 Schnellwechselvorrichtung Hubvorrichtung 36 Anschluss

Hubvorrichtung 37 Hohlwelle

Obere Formrolle 38 Dichtung

Untere Formrolle 39 Trägerleiste

Untere Formrolle 40 Trägerteil