用于制造復合管的方法
【專利說明】用于制造復合管的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造由纖維增強塑料構成的管的方法，其中，管通過將纖維增強材料卷繞到卷芯上并且涂覆基質材料而形成，并且涉及一種這樣制成的管。
[0002]已知這種方法例如用于制造由復合材料構造的輥子。卷芯在此定義管的內表面并且形成相應的表面精度和表面質量。管的外側在卷繞和在爐中硬化之后保持不規(guī)律的波浪形。為了在管的外側形成定義的平坦表面，迄今需要機械的再加工。或者通過車削或者通過打磨制成相應的表面。這是不利的，因為需要其他復雜的工作步驟。此外，只能去除基質材料，因為不允許損壞纖維增強部。這表示在設計中的限制。
[0003]此外，DE 2342593A中已知一種用于制造由玻璃纖維增強的聚酯樹脂構成的錐形管的方法，其中，可以省掉對表面事后的加工。在將管卷繞到卷芯上之后并且在硬化之前，壓套從外部被安裝或軸向地推到管的整個長度上，從而壓緊管材料。然后，將它硬化。已知方法的缺點是，不能制成特別精確的表面。然而這對于這種例如被用作桿子的管也是不必要的。
[0004]現(xiàn)在，本發(fā)明所要解決的技術問題是，改進一種用于制造由纖維增強塑料卷繞構成的管的方法，使得能在外側上產生精確定義的表面，而無需事后的機械再加工。
[0005]該技術問題對于方法而言按本發(fā)明解決的方式是，在用于制造由纖維增強塑料構成的具有配合表面的管的方法中實施下面的步驟:
[0006]a)將纖維增強材料卷繞到卷芯上并且涂覆基質材料，用于形成管，
[0007]b)將配合成形工具相對卷芯對中，
[0008]c)將配合成形工具沿軸向朝后來的配合表面推移，該配合表面在管的外圓周表面的環(huán)形部分上構成，其中，配合成形工具至少有時在推移期間相對管和卷芯旋轉，
[0009]d)在爐中對管進行熱處理，以便硬化基質材料，其中，配合成形工具在熱處理過程中與外圓周表面的環(huán)形部分保持接觸，并且由此通過配合工具在管外側上形成定義的環(huán)形表面(配合表面)。
[0010]該方法的優(yōu)點是，定義的表面還在硬化之前就通過配合成形工具調制到仍有成形性能的基質材料中并且以該形狀在爐中硬化。通過形狀工具的推移和在此至少有時在配合成形工具和管之間所存在的相對旋轉運動，實現(xiàn)了多余的基質材料的非常均勻的且無干擾的擠出或壓實。由此，可以實現(xiàn)非常精確的面，其具有例如非常光滑、平坦的表面或精確的直徑或具有準確定義的形狀。通過配合成形工具相對卷芯對中，也可以獲得配合表面精確共軸的成形。對中這樣地實施，使得對中在推移期間進一步作用。優(yōu)選地，所述對中以例如通過嵌接在中心孔中的定心銷的機械對中形式進行。
[0011]需要這種精確的配合表面作為與例如金屬連接件的良好卡箍連接或粘接連接的基礎。通過按本發(fā)明的方法可以以簡化的方式制造具有內部和外部的精確配合的表面的管。內表面通過卷芯預先確定，在外表面上的環(huán)形區(qū)域通過配合成形工具預先確定。因為這可以不需要機械再加工而實現(xiàn)，所以管可以更快速且廉價得制成。相對的旋轉運動可以或者通過配合成形工具的旋轉或者通過管的旋轉、例如通過卷芯的旋轉實現(xiàn)。兩個部分也可以以不同的速度或旋轉方向旋轉。推移也可以或者通過配合成形工具的主動運動和/或通過管的主動運動進行。
[0012]按本發(fā)明的方法特別適合制造具有配合表面的管，該管在配合表面的區(qū)域內的外徑處于30到500mm之間、優(yōu)選80到300mm之間，其中，在環(huán)形配合表面區(qū)域內，此外徑與額定值的偏差小于+/-0.5mm、優(yōu)選小于+/-0.1mm。所述方法同樣特別適合制造具有錐形成型的配合表面的管，其中，其錐角在0.1°到5°之間、優(yōu)選在0.1°到1°之間，并且與錐角的額定值的偏差小于+/-0.2°、優(yōu)選小于+/-0.05°。
[0013]為了制造管，優(yōu)選使用由玻璃纖維或芳綸纖維構成的或特別優(yōu)選由碳纖維構成的纖維增強部。也可以使用不同的纖維。可以以不同的角度和以多層施加纖維增強部。在此，纖維以一個或多個平行的粗紗或織造織物帶或稀松平紋織物帶(通常為非織造)卷繞的方式分別一層或多層地并且也組合地施加。纖維增強部被塑料基質包圍。作為基質材料特別適合的是熱塑性塑料或優(yōu)選熱固性塑料，如環(huán)氧樹脂?；|材料可以在卷繞之前就已經存在于纖維增強部上或該基質材料在卷繞時或卷繞之后已被涂覆?；|材料的硬化或固化通過在爐中的熱處理進行。熱處理優(yōu)選在溫度為50°C到250°C之間時進行。
[0014]按本發(fā)明的方法的其他有利的進一步改進表面質量和設計方案或簡化方法的特征出現(xiàn)在各從屬權利了要求中。
[0015]優(yōu)選按所述順序實施步驟a)_d)。但也可以按另外的順序或部分并列地實施單獨的步驟。因此可以在a)之前或與步驟c)并列地進行例如步驟b)。在步驟c)期間也才可以部分地或完全地涂覆基質材料。
[0016]在任何情況下，這樣設計配合成形工具，使得該配合成形工具在環(huán)形區(qū)域內完全包圍管。也可以實現(xiàn)按本發(fā)明方法的應用，但是其中，配合成形工具僅貼靠在圓周的一部分上并且應當僅在該部分上形成定義的配合表面。這樣獲得了中斷的環(huán)形配合表面。優(yōu)選，配合成形工具在大部分圓周上貼靠在管的表面上，使得在大部分圓周上形成定義的配合表面。大部分看作大于圓周的一半、優(yōu)選大于70%。尤其是配合成形工具可以與管在整個圓周上接觸，以便形成連續(xù)的環(huán)形配合表面。
[0017]在圓錐形、錐形或彎曲的表面中，配合成形工具例如可以是一體式的；因此可以實現(xiàn)簡單的無縫的表面。為了即使在錐形表面或彎曲表面中也可以更容易地安裝和去除配合成形工具或為了可以形成圓柱形或僅略微錐形成型的配合表面，配合成形工具可以被設計為兩件式或多件式的。配合成形工具的各個部分在所述推移之前組合在一起。由此，避免基質材料的擠壓和不精確的表面形成。通過在推移時相對的旋轉，也獲得所述表面的無縫構造。
[0018]為了在配合成形工具的區(qū)域內確保受控的加熱并因此確保良好的硬化，有利的是，在該配合成形工具與管接觸之前或之后，加熱配合成形工具。該加熱可以例如通過將電熱元件插入配合成形工具上的孔中進行。冷的配合成形工具在爐中需要更多的停留時間。配合成形工具也可以在安裝之前加熱，然后才與管接觸。該加熱可以例如在爐中或通過另外的熱源、例如通過IR輻射器進行。
[0019]為了在制造配合表面時可以監(jiān)控配合成形工具的溫度，可以使用溫度傳感器和/或為了加熱所述配合成形工具可以使用溫度調節(jié)裝置。因此確保了基質材料在期望的溫度范圍以內加熱。太低的溫度導致不充分的硬化，太高溫度會損壞基質材料并且以不期望的方式改變其特性。
[0020]配合成形工具可以這樣設計，使得該配合成形工具在管上形成具有恒定直徑的圓柱形表面。因此，可以以有利的方式直接完成對于其他部件的配合座，該配合座后來安裝在管上。該方法特別好地適合用于在管端部上形成錐形配合表面。為此，配合成形工具這樣成型，使得配合成形工具在管(11)上形成錐形表面。優(yōu)選，錐形表面的直徑朝管端部逐漸減小。錐形配合表面尤其適合用于在管和后來安裝的金屬連接器之間建立良好的卡箍連接，如該卡箍連接使用例如在用于石油鉆孔的鉆桿中那樣。通過該方法也可以在管或定義彎曲的管表面上形成在橫截面中非直的配合表面、例如具有定義的彎曲半徑的彎曲表面。軸可以具有規(guī)則的波浪形狀。這種表面的優(yōu)點是，在管與其他部件的連接裝置中，可以承受一定的軸向力。也可以使用這樣的配合成形工具，該配合成形工具形成由先前所述的配合表面構成的組合，即該組合具有例如圓柱形部分和錐形部分。
[0021]為了可以制造具有高強度的管，優(yōu)選使用碳纖維作為纖維增強材料，該碳纖維優(yōu)選以粗紗的形式卷繞到卷芯上。特別在很高的強度要求下有利的是，不需要機械的表面處理，因為此處纖維絕對沒有被暴露或損壞。在基質材料是熱固性塑料、尤其是環(huán)氧樹脂時，可以特別有利地采用該方法。為了硬化，此處溫度必須在50°C到250°C之間。熱固性塑料形成硬的表面，使得此處節(jié)省的機械加工可看出來是特別有利的。
[0022]若將配合成形工具壓緊到外圓周表面上，則還可以實現(xiàn)在管的環(huán)形部件內的壓實，這進一步提高了強度和負載能力。優(yōu)選以大于Obar且不超過Ibar的壓力壓緊該管。
[0023]對于按本發(fā)明的管，本發(fā)明的技術問題解決的方式是，該管通過按本發(fā)明的方法制造。
[0024]特別優(yōu)選，這樣設計管，使得管在配合表面區(qū)域內的外徑在30到500mm之間、優(yōu)選在80到300mm之間，其中，在環(huán)形配合表面區(qū)域內，該外徑與額定值的偏差小于+/-0.5mm、優(yōu)選小于+/-0.1mm。同樣特別優(yōu)選的是，管具有錐形成型的配合表面，其錐角在0.1°到5°之間、優(yōu)選在0.1°到1°之間，并且其中，與錐角的額定值的偏差小于+/-0.2°、優(yōu)選小于+/-0.05°。
[0025]根據實施例并且參照附圖闡述本發(fā)明的其他有利